Оглавление:
Явление усталости материалов
- Явление усталости материала Сопротивление материала к нагрузкам меняя в размере или величине и своем знаке довольно отличал сопротивление к статической нагрузке. При этом под действием переменных нагрузок элементы конструкции разрушаются при значительно меньших напряжениях, чем под действием статических нагрузок. Типичным примером детали, подверженной переменным нагрузкам, является шток поршня, знак напряжения которого изменяется в зависимости от изменения направления поршня. На практике установлено, что трещины появляются и развиваются постепенно после определенного количества изменений напряжений, если конструктивные элементы подвергаются
постоянному уровню переменных нагрузок многократно. В конце концов, даже если материал сильно пластичен, не давая значительной остаточной деформации, деталь будет разрушена. Число циклов до появления первой трещины и до полного разрушения стержня больше при меньшем напряжении. Характерно, что разрушение материала под действием перерегулируемой нагрузки может происходить при напряжении ниже предела текучести. Разрушение материала под действием повторно изменяющихся напряжений называется усталостным разрушением. В общем случае усталость материала (особенно металла) называют явлением разрушения в результате постепенного накопления повреждений, усталостные трещины появляются
при многократных нагрузках. Способность металла противостоять разрушению под Людмила Фирмаль
действием повторно изменяющихся напряжений называется прочностью материала. Изучение усталости в сопротивлении материала очень важно. Критические компоненты, такие как железнодорожные вагоны, коленчатые валы, шатуны двигателей, пропеллеры, пружины клапанов, пропеллеры и поршневые пальцы, в основном подвержены усталостным повреждениям. 588 безжалостное разрушение наблюдается при наличии одной из следующих двух особенностей приложения нагрузки:1)многократное применение одной знаковой нагрузки, например, регулярной 552, а); 2)когда на долговечность материала влияет повторение и изменение нагрузки одновременно, нагрузка не только циклически, но и изменяет знак (нагрузку).) С Л 1/\а ’С ААА
Л/ \ Л г * Рис пятьсот пятьдесят два один * б Вычислите изменение нагрузки симметричного цикла(рис. 552, Б) и изменение нагрузки несимметрично(фиг. 552, г). Для усталостного разрушения недостаточно колебаний напряжений. Кроме того, напряжение должно иметь определенное значение. Максимальное напряжение, которому материал может противостоять без разрушения при произвольно большом переменном повторении, называется пределом выносливости или усталости. Излом детали от усталости
- имеет характерный вид(рис. 553). Почти всегда можно наблюдать две зоны. Один из них (L)-гладкий, притертый, образовавшийся в результате постепенного развития трещин. Зона В в хрупкой части имеет крупную кристаллическую и вязкую волокнистую структуру. Давайте вкратце поговорим о механизме явления усталости. Все металлы, используемые в данной технике, являются поликристаллическими веществами, состоящими из отдельных зерен, и не представляют собой однородных монолитов, основной гипотезой сопротивления материала частицам этих металлов являются кластеры кристаллов., \ С89имеющих неправильных разрезов, которые обычно называют Крас-таллитами. В случае напряжений, вызванных статическими нагрузками, в сочетании с тем, что поликристаллическая природа материала и его неизбежная неоднородность, при воздействии определенных нагрузок
на отдельные частицы, существует возможность возникновения перенапряжений и микротрещин, такие микротрещины не опасны. Если напряжение изменяется во времени, возникает тенденция к образованию микротрещин, что в конечном итоге приводит к усталостному разрушению детали. Помимо этой гипотезы, существует несколько иной подход к объяснению физических свойств явления усталости. В частности, возникновение усталостных трещин можно объяснить истощением способности зерен сопротивляться сдвигу. Большинство металлических зерен изготовлены из 3 * KG8-6 * 10~8 см, ряд основных кубов с размерами по бокам. Куб состоит из системы взаимодействующих атомов, расположенных в строго определенном порядке для данного материала, образуя так называемую пространственную атомную решетку
. Форма и размеры последних элементов зависят от сил взаимодействия атомов и определяют характерные свойства вещества. Деформация Людмила Фирмаль
материала обычно связана с искажением кристаллической решетки и изменением расстояния между атомами. В случае низкого напряжения взаимодействие между атомами не нарушается, искажение решетки исчезает при последующем разряде. Если напряжение большое, то в кристаллических зернах пластического материала на нескольких поверхностях, называемых скользящей поверхностью кристаллита, происходит необратимый сдвиг. Группы атомов, сдвинутых относительно друг друга, больше не образуют Единой атомной решетки. Полученное новое образование является более прочным, в результате усиления поверхности скольжения в отдельных зернах. Теперь нужно приложить больше усилий, чтобы уничтожить его. Однако упрочнение во время сдвига сопровождается
разрыхлением (разрыхлением). Таким образом, процесс сдвига обязательно сопровождается появлением зон, в которых атомные связи разрушаются, а новые не образуются. Это, в определенных условиях (например, в окрестности некоторых частиц, ослабленных трещинами), становится очагом возникновения усталостных трещин, в конечном итоге приводящих к разрушению усталости. Таким образом, из вышеизложенного видно, что механизм трещинообразования при переменных нагрузках достаточно сложен и не считается до конца изученным. Из бесспорных положений теории усталости можно отметить следующее: 1) Процесс
прохождения с циклической переменной нагрузкой металла представляет собой процесс заточки локальных свойств.; J907 2) из двух видов напряжений-нормального и тангенциального-решающее влияние на процесс усталости до образования первой трещины включительно определяется сдвигом и разрушением пластической массы. Очевидно, что образование усталостной трещины ускоряется при наличии растягивающих напряжений, особенно в малопластичных и хрупких материалах, таких как чугун. Образование трещин чаще всего наблюдается в частицах, близких к поверхности детали. Это、:- т.. б Рис 5С4 Но Внешний слой материала формируется различными технологическими операциями в процессе обработки детали, не говоря уже о том, когда внешний
слой при циклических нагрузках испытывает наибольшие напряжения (изгиб и кручение). Предел выносливости определяется экспериментально. Это зависит от многих факторов, касающихся формы и размера детали, способа обработки, состояния поверхности детали, типа напряженного состояния (растяжение-сжатие, кручение, изгиб и др.).), Закон нагрузки, изменяющийся со временем при испытаниях, и т. При рассмотрении сопротивления материала переменным напряжениям в большинстве инженерных практик эти напряжения являются периодической функцией времени p=f ( / ) и равны T1. 1. в данном учебнике не учитывается расчет долговечности при воздействии случайных переменных нагрузок, встречающихся во многих конструкциях. Сумма всех значений
напряжений за один период называется циклом напряжений(рис. 554, а).Усталостная прочность зависит в основном от максимального значения Rmax и минимального рміп напряжений цикла. В дополнение к ним, постоянное, или среднее, циклическое напряжение p(рис. 554, б): Rмакс+Rмин Р-2(21-1) А понятие амплитуды цикла РА характеризует колебания напряжений: (2Г. Два) Среднее напряжение может быть как положительным, так и отрицательным, а амплитуда цикла определяется по абсолютной величине(без учета знака). В соответствии с формулами (21.1) и (21.2)) Rмакс~р+р д, Rmnn = р-ра* Величина амплитуды колебаний напряжения называется периодом цикла. С учетом этих признаков напряжения отношение
минимального напряжения цикла к максимальному напряжению цикла называется характеристикой цикла или коэффициентом асимметрии цикла, который обозначается буквой g. Rмин Rмакс (21.3) Наиболее опасными являются так называемые симметричные циклы, Когда Rmax= — pmin и PC0, с f U P m и h__ _ | / Rmax Предел усталости симметричного цикла — это минимальное значение этого вида деформации для напряжений, изменяющихся от нуля до максимума, т. е. pww=O, Rмакс. И предел усталости, соответствующий этому циклу, обозначается P0. P-const, то есть, если существует постоянная статическая нагрузка, Rmax==p^n=p и характеристики цикла /*= = 3R^IN _ _ R__ / Rmax R В наиболее распространенных случаях предел выносливости, полученный при характеристике цикла g, равен RG, предел выносливости、- При любом конкретном значении 592gennyy g, предположим, что при=-0,5, каждый указывает на 0,5.
Смотрите также:
| Кинематически возможные состояния. | Вычисление напряжений от сил Q и N. |
| Работа внутренних сил | Дифференциальное уравнение изогнутой оси |
