Напряжения, переменные во времени Переменные напряжения. Усталость

Особое внимание в настоящем томе уделено вопросам, связанным с расчетными нагрузками расчетам на прочность при максимальных напряжениях и при напряжениях, переменных во времени (на сопротивление усталости), и общим расчетам. Расчет металлических конструкций дан по современному методу предельных состояний, а также и по широко еще используемому методу допускаемых напряжений. [c.5]

Приблизительно в сороковых годах начинаются интенсивные исследования сопротивления усталости деталей при переменных в процессе эксплуатации амплитудах нагрузок. В работах С. В. Серенсена (1944), Д. Н, Решетова (1945) и В. М. Бахарева (1945) для оценки долговечности м прочности при переменной во времени амплитуде напряжения анализировалась линейная гипотеза суммирования усталостных повреждений. Были предложены феноменологические трактовки процесса накопления усталостных повреждений при варьируемых амплитудах, которые основываются на анализе свойств вторичных кривых усталости при программном нагружении и отклонений их параметров от условий линейного суммирования повреждений (С. В. Серенсен, Л. А. Козлов, 1953), на использовании энергии гистерезиса, поглощаемой металлом при напряжениях, превышающих предел выносливости (Д. И. Гольцев, 1955), на анализе свойств меры повреждений и введении двух стадий усталостного разрушения (В. В. Болотин, 1959—1963). [c.409]

Прочность материала при напряжениях, переменных во времени, принято называть усталостной прочностью. Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием пере- [c.6]

Справочник состоит из 14 глав. Главы 1...5 образуют первый раздел, в котором изложены методы исследования усталости, и основные закономерности сопротивления усталости и циклической трещиностойкости материалов, а также методы детерминированных н вероятностных расчетов на прочность при напряжениях, переменных во времени, в условиях линейного и сложного напряженных состояний. [c.14]

Расчетам на прочность при напряжениях, переменных во времени, пли, короче, расчетам на усталость посвящена обширная литература [70, 72, 77, 91, 92, 93, 179, 223, 237, 338, 397, 417, 672, 694, 695, 726, 746, 772, [c.271]

Найти полный ресурс детали (см. рисунок) в километрах, если пробег одного блока нагружения = 100 км. Деталь воспринимает переменные во времени продольные растягивающие усилия и крутящий момент, причем долговечность детали в блоках с учетом только нормальных и только касательных напряжений соответственно равна К = 10 , кх = Ю - Показатель т, характеризующий угол наклона левой ветви кривой усталости в логарифмических координатах, принять т = тх = 6. [c.302]

Так как большое число деталей машин и элементов конструкций (вращающиеся валы и оси, подкрановые балки, несущие узлы транспортных установок и т. д.) работает при переменных во времени напряжениях и за весь срок службы число циклов нагружения достигает 10 —10 и более, то наиболее вероятным эксплуатационным повреждением для них оказывается многоцикловое усталостное. Усталостное разрушение начинается обычно в зонах с максимальными амплитудами циклических напряжений или в местах технологических дефектов (поверхностных, сварочных). Трещины усталости при указанных выше базах по числу циклов, возникают и распространяются при номинальных напряжениях ниже предела текучести. Расчетными характеристиками при определении прочности и ресурса в этих случаях являются пределы выносливости и кривые многоцикловой усталости с отражением роли конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов (абсолютные размеры сечений, асимметрия цикла, концентрация напряжений, среда, состояние поверхности и др.) [2, 3]. В связи с разбросом характеристик сопротивления усталости а [c.11]

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]

Под усталостью материала понимают процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных во времени напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению. [c.428]

Для элементов конструкций, нагруженных переменными во времени нагрузками, проводится проверка прочности с учетом сопротивления усталости. Усталость — процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящий к образованию микротрещин, их развитию и разрушению конструкции. [c.412]

Напряжения, возникающие в деталях машин в процессе эксплуатации, в большинстве случаев переменны во времени, причем они часто являются случайными функциями времени. Если уровень переменных напряжений превышает определенный предел, то в материале детали протекает процесс постепенного накопления повреждений, приводящий к образованию трещины, ее развитию и окончательному разрушению детали. Этот процесс условно называют усталостью металла, а соответствующее разрушение — усталостным. [c.5]

Многие детали машин в процессе работы испытывают действие переменных во времени напряжений. Если эти напряжения превышают определенный уровень, то в металле детали начинают происходить необратимые изменения, которые приводят к образованию тре-ш,ины. Трещина, постепенно развиваясь, в конце концов вызывает быстро протекаюш,ее разрушение детали. Это явление называется усталостью металла. [c.119]

Усталость пластмасс. При нагружении пластмассовой детали переменными во времени силами (периодическими или непериодическими) деталь может выйти из строя в результате усталости материала. Разрушение наступает при более низком напряжении, чем разрушающее напряжение, определенное при кратковременных нагрузках. [c.114]

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]

Под нерегулярной переменной нагруженностью понимают такой характер изменения напряжений во времени, при котором амплитуды переменных напряжений или средние напряжения цикла изменяются во времени по некоторой программе или случайным образом. Для расчета деталей машин на усталость при нерегулярной напряженности необходимо применять определенные условия суммирования усталостных повреждений. Одним из наиболее простых условий является линейная гипотеза накопления усталостных повреждений (5.17). [c.169]

При длительной работе элементов конструкций под переменными напряжениями с большим числом циклов (исчисляемым миллионами) предельные состояния определяются в основном теми изменениями состояния металла, которые постепенно в нем накапливаются в результате циклического деформирования (процесс усталости). Напряженное состояние в этом случае обычно рассматривают как упругое и неизменное во времени, хотя в состав деформаций входит некоторая доля пластических, особенно на начальных стадиях процесса. Предельное состояние характеризуется теми усилиями и пропорциональными им местными напряжениями в зонах концентрации, которые вызывают зарождение усталостной трещины (в пределах.в основном упругих деформаций) после определенного числа циклов. Условия возникновения трещин определяются критериями усталостного разрушения, отражающими как циклические свойства металла, так и особенности распределения напряжений в зонах концентрации. [c.6]

Под усталостью понимают постепенное разрушение материала при большом числе повторно-переменных напряжений, а его свойство выдерживать, не разрушаясь, эти напряжения носит название выносливость. Напряжения изменяются во времени циклически каждый цикл есть замкнутая однократная [c.21]

Сопротивление усталости зависит как от вида напряженного состояния,, так и от характера изменения напряжений во времени. Прй этом следует иметь в виду возможное сочетание статических и переменных напряжений (изменение напряжений по асимметричному циклу). [c.64]

Сопротивление усталости при переменных напряжениях существенно зависит от характера изменения напряжений во времени. Примеры кривых изменения напряжений приведены на рис. 7. [c.71]

Усталость полимера связана со сложной и многообразной природой процессов усталостных разрушений. Сопротивление усталости зависит как от вида напряженного состояния, так и от характера изменения напряжения во времени. При этом возможны различные сочетания статических переменных напряжений [32]. Характер нагружения с различной асимметрией цикла показан на рис. 92. Напряжения в пределах одного периода Т изменяются от максимального а ах До минимального а ,п значения (рис. 92, а). При этом может быть выделена переменная составляющая с амплитудой а а и постоянная составляющая напряжения а . В зависимости от соотношения этих напряжений цикл может быть симметричным = О (рис. 92, б), пульсирующим (рис. 92, в) или асимметричным (рис. 92, г). [c.140]

Метод испытания материалов на усталость при сложном напряженном состоянии выбирается, как правило, по соображениям удобства создания переменного силового фактора. Наиболее широкое распространение получили испытания сплошных и полых образцов на изгиб с кручением, испытания трубчатых образцов с изменяющимися во времени параметрами внешних воздействий, испытания образцов в виде кубиков с применением различных реверсоров и приставок и др. [c.244]

Многочисленные исследования процесса разрушения от переменных напряжений показали, что при этом в материале возникает трещина, которая постепенно проникает в глубь изделия. Переменные напряжения способствуют быстрому развитию трещин, так как во время работы края трещины то сближаются, то расходятся. По мере развития трещины усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее и в некоторый момент времени ослабление достигает такой величины, что случайный толчок или удар вызывает разрушение. [c.294]

Исследования влияния на сопротивление усталости концентраций напряжений, масштабного фактора, качества поверхности, асимметрии цикла, вида напряженного состояния и других факторов позволили предложить формулы для расчета коэффициентов запаса прочности при переменных нагрузках 153], которые вошли в практику расчета деталей во всех отраслях машиностроения и до настоящего времени используются в нормативных расчетах, основанных на детерминистических представлениях [43, 52]. [c.5]

Перспективными в дальнейших исследованиях представляются разработки на стыках вопросов малоцикловой и многоцикловой усталости, длите.льного малоциклового деформирования и разрушения, а также ползучести и длительной прочности. Актуальной при этом задачей является выработка единых подходов и методов расчетов при длительном малоцикловом нагружении и ползучести, в малоцикловой и высокоцикловой области усталости, а также использование достижений, полученных в каждой из указанных областей, для решения вопросов прочности при напряжениях, переменных во времени. [c.277]

Физически процесс уставания материала связан с воздействием на конструкцию переменных во времени нагрузок (напряжений). Особенностью усталости является то, что практически обнаруживгюмые признаки деградации (усталостные макротрещины) образуются лишь на заключительной стадии исчерпания долговечности (при приближении к предельному состоянию). В начальной стадии эксплуатации накапливающаяся усталость не может быть обнаружена никакими средствами и методами. Важной особенностью усталости является ее весьма локальный, почти точечный характер на первой стадии. Стадия роста усталостной макротрещины расширяет пространство, занятое усталостью, но оно все-таки и в этом случае локализуется в окрестности траектории развития трещины. [c.443]

Первоначально расчеты на прочность деталей машин при напряжениях, переменных во времени, проводили по таблицам допускаемых напряжений (Баха, Ретшера и пр.), в которых не учитывался ряд факторов, оказывающих существенное влияние на сопротивление усталости. [c.5]

Большинство деталей машин (валы, шестерни, болты, рамы, упругие элементы и т. д.) в процессе работы подвергаются воздействию напряжений, переменных во времени. Если уровень переменных напряжений превосходит определенный предел, то в материале деталей происходит процесс постепенного накопления повреждений, который приводит к образованию субмикроскопиче-ских трещин. Длина этих трещин увеличивается, затем они объединяются, образуя первую макроскопическую трещину, под которой понимается трещина протяженностью 0,1—0,5 мм. У корня этой трещины возникает местное увеличение напряжений, называемое концентрацией напряжений, которое облегчает ее дальнейшее развитие. Трещина, постепенно развиваясь и ослабляя сечение, вызывает в некоторый момент времени внезапное разрушение детали, которое нередко бывает связано с авариями и весьма тяжелыми последствиями. Указанный процесс постепенного накопления повреждений в материале детали под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств материала, образованию, развитию трещин и разрушению детали называют усталостью материала. [c.7]

Расчет на сопротивление усталости (циклическую прочность) есть расчет на прочность при напряжениях, переменных во времени, и на усталостную долговечность (в дальнейшем слово усталостную спускается) производится по нагрузкаил первого случая. Предельным расчетным напряжением является предел выносливости. [c.86]

При работе зубчатой передачи между зубьями сопряженных зубчатых колес возникает сила давления f рис. 12.15), направленная по линии зацепления. Кроме того, от скольжения зубьев между ними образуется сила трения = где / — коэффициент трения. Сила невелика по сравнению с силой Р, поэтому при выводе расчетных формул ее не учитывают, т. е. принимают, что сила взаимодействия между ЗЫБЯМИ направлена по нормали к их профилям. Под действием силы F и F зубья находятся в сложном напряженном состоянии. На их работоспособность оказывают влияние напряжения изгиба в поперечных сечениях зубьев и контактные напряжения Стд в поверхностных слоях зубьев. Оба эти напряжения, переменные во времени, и могут бьггь причиной усталостного разрушения зубьев или их рабочих поверхностей. Напряжения изгиба Tf вызывают поломку зубьев, а контактные напряжения Он — усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев. Поломка зубьев — опасный вид разрушения, так как при этом может выйти из строя не только зубчатая передача, но и валы и подшипники из-за попадания в них отколовшихся кусков зубьев. Поломка зубьев возникает в результате больших нагрузок, в особенности ударного действия, и многократных повторных нагрузок, вызывающих усталость материала зубьев. Во избежание поломки зубьев их рассчитывают на изгиб. Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев — распространенный и опасный вид разрушения большинства закрытых и хорошо смазываемых зубчатых передач. Выкрашивание заключается в том, что при больших контактных напряжениях на рабочей поверхности зубьев обычно на ножках, вблизи полюсной линии) появляются усталостные трещины. Это приводит к выкрашиванию мелких частиц материала зубьев и образованию небольших осповидных углублений, которые затем под влиянием давления масла, вдавливаемого с большой силой сопряженным зубом в образовавшиеся углубления и трещины, растут и превращаются в раковины. Для предотвращения выкрашивания зубьев их рассчитывают на контактную прочность. [c.181]

Усталость материалов. В технике, и особенно в машиностроении, часто встречаются такие условия нагружения, при которых напряжения в детали непрерывно меняются, колеблясь между некоторыми предельными значениями. Такой переменный характер напряжений может быть или следствием переменности во времени самой нагрузки (усилие в штоке и шатуне паровой машины), или следствием периодически меняющегося положения детали по отношению к нагрузке (ось железнодорожного вагона, вращающийся вал, изгибаемый натяжением ремней передачи). Такие напряжения часто называют циклическими напряжениями. Совокупность всех значений, которые последовательно принимает напряжение в данной точке — от наибо льшего значения до наименьшего и вновь до наибольшего, называется циклом напряжения. [c.287]

В машинах и механизмах большинство деталей испытывает переменные во времени напряжения. Как следствие, для учащихся машиностроительных техникумов изучение рассматриваемой темы имеет большое практическое значение. Сказанное в известной степени относится и к учащимся немащиностроительных техникумов, которые изучают детали машин в объеме, лишь немного меньшем, чем первые. Более краткое ознакомление с усталостью металлов предусмотрено программой по основам технической механики. Для будущих техников-технологов, занимающихся по программе Основы технической механики , изучение темы, как впрочем и всего курса, имеет общеознакомительный характер. [c.170]

Нестационарное изменение переменных напряжений в деталях машин, когда максимальные и минимальные напряжения переменны во времени, встречается часто. Закономерности изменений прочностных СВОЙСТВ материалов при нестационарных нагружениях изучены пока недостаточно. Известно, напри-мер, что можно предел усталости /О материала значительно повысить пу-тем тренирования, т. е. предварительным ступенчатым циклическим нагружением с постепенно возра-стающими напряжениями. В дей-ствительных условиях не встречается постепенного ступенчатого повышения напряжений в деталях во мно- 28 гих случаях напряжения ниже пре-дела усталости чередуются с напряжениями выше предела усталости, действующими ограниченное 22 время. Перегрузки, действующие непродолжительное время, но систематически повторяющиеся много раз за время работы детали могут повышать и понижать предел усталости. Пример кривой повреждаемости для стали 5 (по Н. П. Щапову), т. е. кривой, отделяющей область, в которой циклические перегрузки на участке ограниченных чисел циклов, не вызывают снижения предела усталости показан на фиг. 1 кривая эта лежит значительно ниже кривой выносливости. [c.327]

Усталость металлов — снижение долговечности в результате появления трещин усталости и возможного в дальнейшем разру-игения под влиянием переменных, повторяющихся напряжений (растяжения, сжатия, изгиба, кручения, контактных напряжений). Такие напряжения возникают под действием изменяюпгихся во времени силовых нагрузок, тепловых или радиационных воздействий (термическая или радиационная усталость). [c.76]

Экспериментальное определение прочности по моменту разрыва образцов целенаправленно стали проводить в XIX веке в связи с ростом технического прогресса, выражавшемся, прежде всего, в развитии сети железных дорог и стрелкового оружия. Однако предельные значения величин, отражаюш,их свойства прочности приходятся на момент разрушения, которое в то время полагалось именно моментом, т. е. точкой на диаграмме деформирования. Понимание того, что разрушение это процесс, текуш,ий во времени, пришло не сразу и не сразу была осознана необходимость его изучения, ссылаясь на то, что этот процесс нельзя допускать и что для этого суш,ествует система коэффициентов запаса прочности. Строение излома, особенно после работ Веллера, изучавшего явление усталости, явно указывало на протяженность разрушения во времени [73, 261]. Этому также способствовало изучение Вальнером фрактографических признаков на поверхности излома хрупкого разрушения. Однако разглядывание поверхности излома еш,е не создавало науки о разрушении, поскольку отсутствовали механические и физические обоснования этого явления и методология его исследования. В 1907 году появилось решение К. Вигхардта плоской задачи в действительных переменных о нагружении упругой плоскости с острым угловым вырезом [386. Были получены асимптотические формулы для напряженно-деформированного состояния в окрестности конца выреза и, естественно, у автора возник вопрос о суш,ности сингулярности решения и о его физической трактовке. Практически результат этого обсуждения вылился в критерий разрушения, устраняюш,ий появляюш,уюся беско- [c.8]

Под усталостью понимают постепенное разрушение материала при большом числе повторно-переменных напряжений, а его свойство выдерживать, не разрушаясь, эти напряжения носит название выносливость. Напряжения изменяются во времени циклически а-ждый цикл есть замкнутая однократная смена напряжений, получающих непрерывный ряд значений. На фиг. 42 схематически изображены типичные циклы повторно-переменных нагрузок симметричный цикл — а знакопостоянный — 5 асимметричный знакопеременный — в асимметричный знакопостоянный — г. На фиг. 42 приняты следующие обозначения — наи- [c.21]

Явление коррозионной усталости обнаружил во время первой мировой войны Хэй, пытаясь дать объяснение частым случаям выхода из строя буксирных тросов подводных тралов, которые, находясь в морской воде, непрерывно подвергались вибрации [И ]. Между 1926 и 1930 гг. (время от времени и после этого) Мак-Адам на Военно-морской инженерной экспериментальной станции Соединенных Штатов Америки провел серию исследований по этому вопросу хороший обзор этих исследований составили Гоу и Дорей [12]. Работы Мак-Адама показали опасность применения некоторых легированных сталей взамен углеродистых в условиях воздействия переменных напряжений, если нет уверенности, что эти стали надежно защищены от коррозии. Хорошо известно, что введением легирующих добавок можно добиться большого увеличения прочности легирование также значительно улучшает сопротивление усталости в отсутствие коррозионной среды, однако в отношении коррозионной усталости большинство легированных сталей ведет себя не лучше, а иногда даже хуже, чем малоуглеродистая сталь. [c.651]

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]

При повторно переменной нагрузке допускаемое напрЕжение выбирается из соображений, которые связаны с вопросом о прочности на усталость. Соответственно этому, величину допускаемого напряжения для колебательной нагрузки необходимо поставить в зависимость от амплитуды колебаний величины нагрузки. Для мостов, кроме того, необходимо принять во внимание действие ударов от временной нагрузки. В частности для стержней из железа (для мостовых ферм) существуют следующие способы определения сечений. [c.240]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...