Страницы статьи: 1 2 3 4 5 6 |
Знакопеременные напряжения, превышающие допускаемый предел, вызывают в деталях машин усталостные трещины. Уменьшая величину знакопеременных напряжений, можно, как известно, в значительной степени увеличить количество перемен, не опасаясь появления усталостных трещин; наоборот, даже незначительное возрастание величины нагрузки значительно уменьшает допускаемое количество перемен знака напряжений и приводит к разрушению данной детали.
Усталостная прочность характеризуется пределом выносливости, представляющим собой максимальное напряжение, которое может выдержать эталонная проба при очень большом числе циклов знакопеременной нагрузки (например, для стали 107, для легких металлов 5·107).
Скорость изменения нагрузки не оказывает большого влияния на усталостную прочность при условии, однако, что она не больше известной критической величины, превышение которой увеличивает предел выносливости.
Применяются следующие обозначения характерных величин при исследовании усталостной прочности :
а) при пульсирующем напряжении (от нуля до наибольшей величины σ или τ):
σор - при растяжении с одной стороны,
σосж - при сжатии с одной стороны,
σо - при изгибе с одной стороны,
τо - при кручении с одной стороны;
б) при знакопеременном напряжении - колебательном (от +σ до -σ или от +τ до -τ):
σ-1р - при симметричном растяжении и сжатии,
σ-1 - при двустороннем симметричном изгибе,
τ-1 - при двустороннем симметричном кручении.
Рис. 1. Возникновение петель
деформационного гистерезиса
на графике, характеризующем
процесс растяжения металла.
Усталость металла связана с явлением деформационного гистерезиса. Поверхность петли гистерезиса (рис. 1), являющаяся мерой энергии, теряемой вследствие гистерезиса и переходящей в тепло, увеличивается вместе с ростом напряжения σмах. Происходящее при этом ухудшение структуры металла служит причиной возникновения усталостных трещин, появляющихся прежде всего в наиболее ослабленных местах. Если изделие имеет выступы и впадины в виде надрезов, то усталостные трещины возникают именно в этих местах. Источником местных ослаблений чугунных деталей служат включения графита, величина, форма и количество которых оказывают огромное влияния на усталостную прочность чугуна.
Для каждого металла экспериментальным путем можно составить график усталостной прочности (график Смита), схематически представленный на рис. 2. По графику определяется зависимость между σмах и σmin, т. е. между предельными и средним (σm) напряжениями. Для металлов, одинаково прочных как при растяжении, так и при сжатии, график получается симметричным по отношению к точке О и, следовательно, достаточна одна его половина, соответствующая σm > 0.
Кроме того, для упрощения практических расчетов можно ограничиться отрезками прямых, как показано на рис. 3, где представлены три подобных линии для стали с содержанием 0,3% которые соответствуют испытаниям на изгиб, растяжение и кручение.
Для таких металлов, как чугун, σвсж которых значительно выше, чем σвр, графики усталостной прочности при растяжении и при сжатии получаются различными (рис. 4). В этом случае необходимо строить графики полностью.
|
Рис. 2. График усталостной прочности (график Смита; σмах = f (σм).
|
Рис. 3. Графики усталостной прочности стали: а - при изгибе; б-при растяжении и сжатии; в - при кручении.
|
Приведенные графики относятся к механически обработанным пробам. Наличие литейной корки снижает усталостную прочность чугуна на 10-20%. Термическая обработка серого и ковкого чугуна оказывает незначительное влияние на усталостную прочность, тогда как это влияние на статическую прочность весьма велико. Усталостная прочность серого чугуна, залитого в песчаные или металлические формы различается незначительно.
Интересно сравнение усталостной прочности для серого и ковкого чугуна и для стали (табл. 1).
Таблица 1. Сравнение усталостной прочности серого чугуна, ковкого чугуна и стали
| Значения предела выносливости |
Серый чугун |
Ковкий чугун |
Сталь |
| При изгибе (σ-1) |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
| При растяжении и сжатии (σ-1р) |
0,6 |
0,5 |
0,7 |
| При кручении (τ-1) |
0,7 |
0,8 |
0,6 |
При элементарных расчетах прочности чаще всего принимается равномерное распределение напряжений для сечений, подвергающихся растяжению или сжатию, и линейно-переменное распределение от нуля до максимума для сечений, подвергающихся изгибу или кручению. Такая предпосылка справедлива для чистого растяжения и сжатия или изгиба образцов в виде призмы, а также для кручения образцов кругло-симметричных, изготовленных из материалов, не подчиняющихся закону Гука. Однако эта предпосылка не годится для тех случаев, когда существует местная концентрация напряжений, зависящая от конфигурации изделия, качества материала и состояния его поверхности.
Рис. 4. Графики усталостной прочности при растяжении и сжатии: а - серый чугун, σвр= 18 кГ/мм2; б- серый чугун, σвр = 26 кГ/мм2: в-ковкий чугун, σвр- 42 кГ/мм2; г - магниевый сплав МЛ5.
Страницы статьи: 1 2 3 4 5 6 |
Опубликовано: 2014.09.01 Обновлено: 2014.09.12 | 
