Явление усталости материала

ЯВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ МАТЕРИАЛА 303 [c.303]

Явление усталости материала [c.303]

ЯВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ МАТЕРИАЛА [c.305]

Здесь через I обозначен пролет моста в футах. При весьма малых пролетах 5=125%. При /=350 футов (107 м) 5 30%. Для оценки явления усталости материала им было предложено при расчете сжато-вытянутых частей усилие каждого знака увеличивать на 50% меньшего по величине усилия. Учет усталости материала в тех частях, где усилия сохраняют знак, очевидно, заключается в предложенной автором формуле для ударного действия подвижной [c.395]

В машиностроении и авиации в середине прошлого века столкнулись с необъяснимым разрушением конструкций под действием весьма малых по величине, но высокочастотных знакопеременных нагрузок. Так было открыто явление усталости материала и выяснено, что разрушение наступает в результате громадной концентрации напряжений у оснований микротрещин. Только теория позволила найти противоядие разрушению от усталости. [c.27]

Уже в первой половине XIX века было замечено, что детали машин и сооружений при действующих длительное время циклических нагрузках могут разрушаться внезапно без заметных остаточных деформаций при значительно меньших напряжениях, чем разрушающие напряжения при статическом нагружении. Явление понижения прочности материала при динамических переменных во времени напряжениях было названо усталостью, или в ы н о с л и в о с т ь ю, материала. Не совсем удачное-наименование данного явления усталость материала , сохранившееся по настоящее время, не случайно. В начале изучен причин разрушения материала при циклических нагрузках была сделано предположение, что под влиянием длительно действующих переменных напряжений материал устает и его статическая прочность понижается. Однако опыты на статическое растяжение деталей, длительное время работавших при циклических нагрузках, показали, что механические свойства материала под действием переменных напряжений не изменяются. Не подтвердилось также предположение, что переменные напряжения изменяют структуру материала. Исследованием материала под микроскопом после воздействия циклических напряжений обнаружено, что структура его не изменяется. [c.489]

При расчете пружин или других элементов основания фундамента силу упругости нельзя рассматривать как статическую силу, так как речь идет о знакопеременном цикле напряжений и любой материал в этих условиях, как известно, обладает меньшей сопротивляемостью, чем при статических нагрузках. На основании проведенных до настоящего времени опытов можно приближенно считать, что вследствие явлений усталости материала выносливость его при колебаниях (вибропрочность) составляет только около Уз статической прочности. Соответственно этому для симметричных циклов загружений, т. е. для нагрузок, непрерывно изменяющихся в пределах между положительным и равновеликим отрицательным максимальными значениями, можно допускать только до 7з предельно допускаемого для статических нагрузок напряжения. Другими словами, запас прочности против знакопеременного напряжения должен быть равен тройной величине запаса при статическом приложении напряжения. Таким образом, с точки зрения сопротивления материала знакопеременное загружение эквивалентно статическому загружению силой, увеличенной в 3 раза. Следовательно, если силу упругости умножить на коэффициент усталости (J =3, то полученная величина [c.12]

Усталость материала деталей — это процесс постепенного накопления повреждений под действием повторных знакопеременных напряжений в металле, приводящий к снижению долговечности, образованию трещин и разрушению деталей. Явление усталости материала возникает в таких деталях, как коленчатые валы, поворотные цапфы, полуоси, рессоры, пружины и др. [c.145]

Сравните явление усталости материала с явлением разрушения вязкоупругого материала при длительном действии нагрузки (см. 16.7) [c.500]

В чем заключается явление усталости материала [c.520]

Практика показывает, что колебания величин усилий оказывают весьма вредное влияние на прочность материала, вызывая так называемое явление усталости материала. [c.205]

Износостойкость — способность поверхностных слоев материала при контактировании в местах сопряжений деталей противостоять истиранию или разрушению. Считают, что основным фактором, приводящим к разрушению материала при изнашивании, является поверхностная усталость материала. Вообще явление изнашивания имеет более сложную физическую природу и зависит от многих факторов. [c.131]

Более 100 лет назад при работе деталей машин, испытывающих знакопеременную нагрузку, было замечено внезапное разрушение их без заметных остаточных деформаций при напряжениях, значительно меньших предела прочности материала. Это явление было названо усталостью материала. Первые опыты по выявлению причин этих поломок были поставлены во второй половине XIX в. немецким исследователем Велером. [c.337]

Явление разрушения материала детали под действием периодически меняющихся (циклических) напряжений носит название усталости материала. [c.192]

Причиной поломок деталей машин в подавляющем большинстве случаев является усталость материала, т. е. явление внезапного разрушения при пониженных против предела прочности напряжениях от действия переменных нагрузок. Результаты статических испытаний и испытаний на удар дают возможность только до некоторой сте-пени судить о способности f материала переносить длительно действующую переменную нагрузку. Для определения этой важной характеристики материала, нужной для расчета на прочность машин и сооружений, работающих при переменных напряжениях, производят особое испытание материала, называемое испытанием на выносливость или на усталость. [c.347]

Усталостная природа изнашивания. Последние годы все большее распространение получает усталостная (кумулятивная) теория износа, когда основная причина разрушения поверхностных слоев связывается с возникновением усталостных трещин и отделением микроскопических чешуек материала или его окислов. При этом процесс изнашивания рассматривается как кумулятивный, т. е. суммирующий действие отдельных факторов при многократном нагружении фрикционных связей, что приводит в итоге к отделению частицы износа. Как правило, наличие пленки смазки, возникновение окислов, тепловой эффект и ряд других факторов влияют на интенсивность развития усталостного процесса, не изменяя его природы. Для объяснения физической сущности явлений усталости можно использовать исследования процессов развития усталостных трещин на базе представлений о вязкости разрушения при циклическом нагружении [2041. [c.232]

Длительность процесса, предшествующего разрушению материала при переменных напряжениях, обусловила его название усталостью материала, хотя оно и не отражает физической сущности явления. [c.38]

Феноменологический и физический пути построения критериев. Описанный выше подход к построению критерия для оценки границы перехода материала в предельное состояние имеет чисто феноменологический характер, никак не связанный с дискретностью строения материи поэтому и сами критерии имеют чисто феноменологический характер. В отличие от феноменологического, мыслим и физический подход к решению проблемы. Однако даже в случае линейного напряженного состояния или чистого сдвига теоретически находить характеристики, определяющие переход материала в предельное состояние, удается лишь для монокристаллов идеальной структуры. В случае же наличия многообразных дефектов структуры монокристалла, а тем более в случае поликристаллического тела (металла), проблема до сих пор не разрешена надежно даже для отмеченных выше элементарных однородных напряженных состояний. В настоящее время предпринимаются многочисленные попытки в направлении построения физических теорий с использованием методов математической статистики и теории вероятностей, к сожалению, пока далекие от возможности непосредственного широкого их использования в практических расчетах. Больше других удалось исследовать вопросы хрупкого разрушения, в том числе рассмотреть масштабный фактор и изменчивость прочности, а также явление усталости. Однако будущее принадлежит именно статистическим теориям, описывающим физику явления с единых позиций. [c.539]

При вибрационных нагрузках, так же как и у стали, у стеклопластиков возникают явления усталости, значительно снижающие их прочность. В связи с неоднородностью материала усталость стеклопластиков наступает раньше чем для стали. На снижение прочности при вибрационных нагрузках тип армирующего материала, химический состав полиэфирной смолы и наполнитель почти не влияют. [c.153]

Причина этого явления еще не вполне ясна. По обе стороны лопасти около ее периферийного торца имеется разность давлений. Она заставляет воду протекать через узкую щель между лопастью и стенкой с большой скоростью, следовательно, под малым давлением, что ведет здесь к щелевой кавитации и разъеданию. С другой стороны, каждая точка стенки оказывается то под меньшим давлением — при прохождении мимо нее торца, то под большим — в промежутках. Число таких колебаний давления в секунду равно произведению оборотности на число лопастей. Можно думать, что это явление ведет к усталости материала и его разрушению. [c.248]

Весь сложный комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления повреждений при циклических нагрузках, объединяют общим термином — механическая усталость или просто усталость материала. В настоящее время принято считать, что усталостные повреждения на начальной стадии их развития связаны с пластическими деформациями в отдельных зернах поликристаллического агрегата, каким является каждый конструкционный металл или сплав. Указанные пластические деформации возникают лишь в отдельных зернах, ориентированных таким образом, что их плоскости наименьшего сопротивления скольжению близки к плоскостям действия максимальных касательных напряжений. Ориентированные таким образом зерна пластически деформируются еще на ранней стадии нагружения, на которой весь массив кристаллитов в целом ведет себя как упругое тело. Полагают, что соответствующий уровень напряжений составляет примерно 0,6... 0,7 от условного предела текучести То,2. Пластическое деформирование сначала в одном, а затем в обратном направлении сопровождается некоторыми разрушениями, происходящими в микроскопических объемах материала. Возникающие при этом микротрещины постепенно растут и частично сливаются от цикла к циклу. Более длинные трещины растут быстрее, а значительная часть наиболее мелких трещин прекращает свой рост вскоре после своего зарождения. В итоге слияния нескольких микротрещин раньше или позже возникает магистральная трещина, которая вначале видна лишь под микроскопом, а затем по мере развития — невооруженным глазом. Иногда образуется сразу несколько магистральных трещин. [c.334]

Переменное деформирование конструкционного элемента за пределами упругости ведет к довольно быстрому накоплению усталостных повреждений, далее — к образованию усталостной трещины и ее росту, и, наконец, — к разрушению в интервале до 10 циклов. Эти явления повреждаемости материала при конечных знакопеременных деформациях получили, как было сказано выше, название малоцикловой усталости. [c.372]

Явление разрушения материала при действии переменных напряжений, меньших предела прочности, называется явлением усталости. Это название не отвечает физической природе явления, однако настолько укоренилось, что применяется и в настоящее время. [c.59]

Изложенная точка зрения является теперь общепринятой среди инженеров таким образом, само понятие усталость материала потеряло свой физический смысл описывая явление разрушения при действии переменных нагрузок, надо говорить не о разрушении от усталости , а о разрушении путем постепенного развития трещины. [c.535]

Во многих случаях на детали, в частности на рабочие лопатки, действуют переменные во времени нагрузки, вызывающие в них переменные напряжения. В этом случае при амплитуде напряжений, даже существенно меньшей предела текучести, в материале может возникнуть явление усталости. После определенного числа циклов нагружения в детали возникает трещина усталости. Амплитуда напряжений, при которой материал может выдержать определенное, например 10 , число циклов нагружения, называется пределом усталости. [c.62]

Особое место в изучении явлений усталости занимают сварные соединения из высокопрочных сталей. Влияние сварочного процесса на изменение свойств основного материала в этом случае может быть особенно сильным. Опасность образования сварочных трещин также увеличивается для высокопрочных сталей. Во многих случаях применение высокопрочных сталей взамен мягкой стали не является рациональным. Между тем стремление облегчить конструкцию или увеличить ее несущую способность заставляет искать способы, обеспечивающие достаточно высокую усталостную прочность для конструкций из высокопрочных сталей. Ряд таких средств изыскан и успешно применяется в практике (предварительный и сопутствующий подогрев, рациональный выбор электродов, строгое регламентирование удельных тепло-затрат, упрочнение сварных соединений пластическим деформированием и тепловыми обработками и др.). [c.4]

А. Е. Сучков полагает, что износ вызывают механико-динамические и кинематические нагрузки, а также физико-химические факторы [62]. При механико-динамической нагрузке наблюдаются явления деформации и срезывания в поверхностных слоях металла. При кинематических нагрузках преобладают явления усталости материала при действии на него повторной или знакопеременной нагрузки. Среди различных физико-химических факторов, обусловливающих износ, основное место лринадлежит явлениям коррозии металла. [c.7]

Срок службы каната зависит от числа перегибов и диаметров блоков или барабанов, которые он огибает. В данном случае большое значение имеет явление усталости материала каната, причем чем меньше диаметр барабана или блока, тем сильнее сказывается влияние усталости и быстрее наступает разрушение. Критическим диаметром блока или барабана считают D = I2d (d — диаметр каната) при меньших значениях D работа стального каната не допускается, так как канат в этом случае сильно деформируется и за короткое время изнашивается. Минимально допускаемый диаметр Dmin блока или барабана дол- [c.514]

Ряд значений коэффициента k, полученных Эрхардом при одной величине скорости скольжения и нагрузки, приведен в табл. 6.1. И. В. Крагельский рассмотрел несколько выражений для подсчета интенсивности износа, выведенных для условий микрорезания и упругого контакта между микронеровностями. Эти уравнения основаны на явлении усталости материала как главного фактора процесса износа. Уравнения включают геометрические характеристики поверхностей (высоту микронеровностей, радиус выступов и т. д.), механические свойства (предел текучести, модуль упругости и др.), коэффициент трения и усталостные характеристики материалов. Эти уравнения хорошо согласуются с экспериментально полученными соотношениями. Однако они сложны для практического применения, так как включают эмпирические константы, зависящие от геометрии поверхности. [c.110]

Валы вращаются относительно действующих на них нагрузок. Поэтому в любой точке поверхности контакта за каждый оборот вала напряжения циклически изменяются в некоторых пределах. Циклическое изменение напряжений приводит к явлению усталости поверхностных слоев материала деталей, к микроскольжению посадочных поверхностей и, как следствие, к их изнащиванию, к так называемой контактной коррозии. Натяг в соедине- [c.59]

Валы вращаются относительно действзчощих на них нагрузок. Поэтому в любой точке поверхности контакта за каждый оборот вала напряжения циклически изменяются в некоторых пределах. Циклическое изменение напряжений приводит к явлению усталости поверхностных слоев материала деталей, к микроскольжению посадочных поверхностей и, как следствие, к ихизнапшванию, к так назьтаемой контактной коррозии. Натяг в соединении в этом случае прогрессивно уменьщается и наступает момент, когда колесо провернется относительно вала. [c.81]

Явление разрушения материала от действия переменных напряжений называют усталостью материала. Способность материала восп Зинимать многократное действие переменных напряжений без разрушения носит название выносливости, или циклической прочности. [c.223]

Анализ случаев поломок деталей машин свидетельствует о том, что большинство поломок связано с явлением так называемой усталости материалов. Явление усталости металлов заключается в разрушении деталей машин вследствие возникновения в них многократно изменяющихся переменных напряжений, значительно меньших, чем предел прочности или даже предел текучести материала. Опасность этого явления заключается в том, что деталь, выполненная из пластичного металла и нагруженная до напряжений, казалось бы, неопасных, внезапно разрушается без появления остаточных деформаций, которые сигнализировали бы о надвигающейся катастрофе. Долгое время существовало мнение, что при работе детали в условиях циклически меняющихся напряжений, происходит изменение в кристаллическом строении металла. Это мнение основывалось на том, что материал с достаточными пластическими свойствами при длительной работе в условиях переменных напря- [c.327]

Это явление понижения прочностн материала при переменных напряжениях за счет прогрессивно развивающихся микротрещин называется усталостью материала. [c.579]

ИЦИ0ННЫХ материалов (за исключением стеклопластиков) находился в эксплуатации в течение длительного времени. Существует реальная возможность того, что свойства элементов, работающих при высоких напряжениях, могут не сохраниться на уровне исходных показателей. Вопрос не просто в том, будут ли наблюдаться явления усталости волокон, разрушения связи по границе раздела или возникать другие дефекты, снижающие прочность и выносливость материала. Практически всем материалам присуща определенная специфика поведения в условиях эксплуатации и окружающей среды. Однако дефектность материалов, применяемых в течение длительного времени, достаточно хорошо изучена, в связи с чем конструктора и технологи остаются верны им, используя надежные методы контроля. Иное положение с новейшими композиционными материалами, для которых подобные сведения и подход отсутствуют. Только опыт, накопленный в течение многих лет эксплуатации, обеспечит необходимое доверие. Основа этого должна быть заложена благодаря проектированию, изготовлению и испытаниям агрегатов в эксплуатационных условиях и поддержана многочисленными лабораторными наземными ресурсными испытаниями. [c.65]

Рассмотрено последовательное развитие методов и моделей для анализа разрушения армированных волокнами материалов методами микромеханики. В основе предложенного инженерного решения проблемы лежит учет неоднородности композита, поскольку замена композита однородным анизотропным материалом не соответствует сущности происходящих явлений усталости и разрушения. В то же время не рассматривались такие тонкости явления, как механика ми-кроразрушения. В результате оказалось возможным сформулировать упрощенную модель, объединяющую реальные свойства материала с разумными инженерными допущениями. - [c.100]

В каждом из ускоренных способов явление усталости моделируется лишь с некоторой степенью достоверности. Чем полнее и ближе к реальности это моделирование, тем выше качество рассматриваемого ускоренного способа. Для усталости материала определяющими параметрами при прочих равных условиях должны считаться следующие силовой фактор (прежде всего, амплитуда циклических напрянгепий), фактор времени (важнейшее значение имеет время пребывания материала при максимальных значениях напряжений цикла, т. е. длительность верхушки цикла) и специфический для циклической прочности фактор — число перемен характера нагружения (число циклов напряжений). Наиболее трудный (если не невозможный) для моделирования — фактор времени. Обгонять время реально не дано никому, и по этому параметру ни один из экспериментальных способов ускоренного определения характеристик усталости не имеет преимуществ перед другими. Не во всех ускоренных способах осуществляется прямое моделирование и силового фактора, так как не всегда испытания ускоренным способом ведутся при циклическом нагружении с представляющим интерес значением амплитуды мапрян ений. Ни в одном из ускоренных способов, кроме способов, основывающихся на увеличении частоты циклического нагружения, прямо не моделируется фактор количества циклов нагрузки. [c.335]

Термической усталостью называется процесс длительного разрушения, протекающий при периодических теплосменах (термических циклах), но в отсутствие внешних силовых воздействий на рассматриваемый конструкционный элемент, В реальных эксплуатационных условиях эти теплосмены обычно вызывают некоторое переменное поле макроскопических напряжений, которым сопутствует рассмотренная выше механическая усталость материала. Вместе с тем, теплосмены и сами по себе отражаются на механических свойствах металла, в частности, они могут приводить к постепенному снижению сопротивления хрупкому и усталостному разрушению. При отсутствии всяких макроскопических напряжений (например, в условиях свободных температурных деформаций равномерно нагреваемого и охлаждаемого стержня) уже десять—двадцать тысяч термоциклов с размахом температуры в 600—700° могут приводить к растрескиванию некоторых материалов, причем поверхностные трещины видны при небольшом увеличении микроскопа или простым глазом. К этому явлению целесообразно применять недавно возникший термин термоструктурная усталость в отличие от более общего случая стесненных температурных деформаций, который мы будем называть термомеханическая усталость . [c.28]

На серийных турбоустановках промышленные исследования выполняются с целью выяснения причин отклонений, которые проявляют себя на более поздних этапах эксплуатации. К таким процессам следует отнести не только традиционную повреждаемость, связанную с явлениями ползучести или циклической усталости материала, но также и другие явления, которые отражаются в той или иной мере на надежности и экономичности турбоагрегата. Так, например, в последнее время особое внимание уделяется вопросам повреждаемости из-за малоцикловой усталости, обусловленной наличием циклических термонапряжений. Другим примером может служить тот факт, что постепенная релаксация напряжений в паропроводах со временем сказывается на состоянии тепловых расширений элементов турбины. [c.26]

Картнну абразивного износа какой-либо детали проточного тракта гидромашины можно представить следующим образом [31, 42]. Разрушение происходит вследствие непрерывных соударений, транспортируемых потоком твердых частиц с поверхностью детали. В момент соударения происходит преобразование кинетической энергии движущейся частицы в работу деформации материала обтекаемой потоком детали. При остаточных деформациях частички поверхностного слоя будут отделяться от основной массы детали, оставляя след, имеющий значительную шероховатость из-за характера воздействия, кристаллического строения и неоднородности металла. Бесчисленные соударения твердых частиц, транспортируемых потоком, с поверхностью детали, даже если они вызывают только упругие деформации материала, также приводят в конечном итоге к разрушению поверхности из-за явлений усталости металла. [c.72]

Части машин и сооружений, подвергающиеся длительное время переменным напряжениям (нагрузкам), могут разрушиться внезапно без замётных остаточных деформаций при напряжениях, значительно меньших предела прочности материала. Это явление называется усталостью материала. [c.123]

При переменных и знакопеременных напряжениях мы встречаемся с явлением разрушения от постепенно развивающейся трещины — с явлением усталости. При резком изменении скорости As-ижешя элемента конструкции в зависимости от передачи на него давлений от соседних деталей, когда имеет место явление удара, может обнаружиться хрупкость в таких материалах, которые при статическом действии нагрузок оказывались пластичными. Поэтому при проверке прочности деталей конструкций, подвергающихся действию динамических нагрузок, приходится интересоваться влиянием этих нагрузок — не только на величину напряжений в детали, но и на сопротивляемость материала. [c.489]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...