Прочность, устойчивость, колебания. Том 1 - Биргер И.А.
Скачать (прямая ссылка):
предшествующих усталостному разрушению, обычно превышает 10 С Резкой
границы между двумя типами разрушений провести нельзя.
Механизм усталостного разрушения. Вначале под действием циклической
нагрузки накапливаются пластические деформации в наиболее слабых и
наиболее напряженных зернях материала. На первом этапе существенную роль
играют дислокационные искажения кристаллической структуры. Затем в этих
зернах появляются линии скольжения. При повторных нагружениях число этих
линий скольжения увеличивается и постепенно они сливаются, образуют
полосы скольжения и субмикро-скопические трещины. Слиянием
субчикроскопических трещин и созданием условий для развития
прогрессирующей макроскопической трещины заканчивается первая стадия
усталостного разрушения. Число Циклов, приходящееся па эту стадию
(называемую иногда подготовительной или инкубационной) составляет 6J-90%
от полного
150
Элементы теории усталости
разрушающего числа циклов. Вторая стадия, состоящая в прел реагирующем
развитии макроскопической трещины, занимает, следоватглыш. мшыную часть
разрушающего числа циклоп. Примерное распределение числа циклов по
перечисленным этапам разрушения показано на рис. 1, 1Де по вертикали
отложено отношение максимального напряжения
цикла к некоторому характерному напряжению (пределу выносливости).
Первая стадия усталоеi-ного разрушения носит ярко выра жеппын нероятпосп
г ый характер. Иеобратимые изменения возникают в нервун) очередь в
наиболее слабых и наиболее напряженных зернах, число и свойства которых п
общей совокупности можно охарактеризоня гь лишь при помощи некоторого
распределения вероятностей. Развитие линий скольжения н микроскопических
трещин при каждом последующем цикле также подчиняется некоторому
распределению и зависит от распределения вероятностей, достигаемого в
результате предыдущих циклов. После того как из одного среди многих
возможных зародыше" начинает развиваться макроскопическая трещина,
характер процесса существенно изменяется. Развитие макроскопической
трещины проис-
Рис. 2. Сечение образца в мегте усталостного разрушения (пндиаз линии
"отдыха" и область хрупкого излома)
ходит скачками (см. линии "отдыха" на рис. 2) или иепрерынно. В последнем
случае оно может быть удовлетворительно описано как детерминистический
процесс с применением методов теории пластичности.
Кривая усталости. Стапдартные испытания на усталость состоит в нагружении
растягиваемых, скручиваемых или изгибаемых образцов силами, периодически
меняющимися во времени. При этом каждый цикл
I - образование линий скольжения; // образование первых микроскопических
трещин; III - слияние микроскопических Н'ещин с образованием видимой
трещины. IГ - начало ускоренного развития видимой трещины: V' - излом
образца
Оишоные понятия
151
изменения номинальных напряжений <7 (/) может быть характеризован любпн
нарой следующих параметров-
°ПМ.Х. °/л - _
С1Л -г=
nwx ' ^mln 2
здесь а,лах н оШ|п -максимальное и минимальное напряжения цикли
соответственно1; о,,. - среднее напряжение цикла; ой - амплитуда цикла
(рис. 3); безразмерный параметр г называют коэффициентом асимметрии
цикла.
Самыми распространенными являются испытания при симметричном цикле
напряжений, т. е. при г - -I. Испытания обычно доводят до некоторого
предельного числа циклов, называемого базой испытаний.
В стандартных испытаниях базу испытаний обычно принимают равнин 10е-107.
Результаты испытаний представляют графически (рис. 4). По горизонтали
откладывают разрушающее число циклов N (обычно по логарифмической шкале),
а по вертикали - соответствующее максимальное напряжение цикла или его
амплитуду. Даже при самых тщательных
Рис. 3. Циклическое изменение ири жениВ во времени
- - о - Опытные точки о~-0ёра)еа Йыдерж циклсЬ
без Пади разрушение i а/)Ю? наго
~^tfTTr
¦
8 LqW
Рис Графическое представление результатов испытаний на усталость
испытаниях числа Л'имеют разброс, достигающий иногда трех порядков. Этот
разброс является естественным следствием вероятностной природы
усталостного разрушения. По найденным опытным точкам путем осреднения
проводят кривую, называемую кривой усталости или кривой
1 Рассуждснкл ведутся в терминах нормальных напряжений; их большая *асть
остается справедливой для касательных напряжений и эквивалентных 1в
смысле теорий прочности) напряжений
1.
152
Элементы теории усталости
Велера. Грубо говоря, ординаты кривой Велера соответствуют напрл жен и
ям, вызывающим разрушения при заданном числе циклов с вероятностью,
близкой к 0,5.
Предел выносливости. Многочисленные испытания позволяют предполагать, что
кривая Велера для стали, чугуна и ряда других тяжелых металлов и сплавов
имеет горизонтальную асимптоту, не совпадающую с осью абсцисс- Далее,
существует напряжение ог>0, такое, что из неравенства | су,11ах | ог с
достаточно большой вероятностью следует, что разрушающее число циклов N
со. Это напряжение называют пределом выносливости R учебном литературе
