Особенности разрушения при переменных нагрузках

При действии переменных напряжений в металлах наблюдаются типы разрушений, напоминающие по внешнему виду хрупкие разрушения: в пластическом материале развивается трещина, и излом происходит без заметной пластической деформации. Величина наибольшего напряжения при этом может быть значительно ниже предела прочности и ниже предела текучести, лишь бы число циклов изменения напряжения было достаточно большим. Рассмотренный пример, когда изгиб создается весом маховика, не является типичным, однако подобных примеров можно привести много. Вал зубчатой передачи, например, будет изгибаться силой давления на зуб шестерни, направление этой силы неизменно в пространстве, поэтому напряжения также будут переменными. В рассмотренных случаях напряжения меняются по симметричному циклу, абсолютная величина сжимающего напряжения равна величине растягивающего напряжения.

Во многих деталях машин цикл изменения напряжений бывает несимметричным, тогда можно считать среднее напряжение цикла).

Максимальное напряжение рассчитывается по формулам теории изгиба в соответствии с предположением об упругой работе материала, испытание продолжается до разрушения образца, в момент разрушения автоматически выключается счетчик числа оборотов. Испытание повторяется при различных напряжениях, результаты представляются в виде так называемой кривой Вёлера

Рис. 273.

По оси ординат откладывается напряжение, по оси абсцисс — число циклов N, при котором происходит разрушение. Эта кривая, как оказывается, имеет горизонтальную асимптоту; при числе циклов порядка она практически достигает асимптоты. Это значит, что дальнейшее увеличение числа циклов уже не вызовет разрушения. Ордината асимптоты называется пределом выносливости материала определение этой величины и является задачей исследования. Особенно отчетливо выявляется предел выносливости при построении диаграммы Вёлера в полулогарифмических координатах.

Величина предела выносливости зависит от размеров образца, на нее влияет масштабный эффект.

Испытание на усталость при знакопеременном изгибе производится в условиях неоднородного напряженного состояния; более чистыми условиями эксперимента являются такие, когда цилиндрический образец подвергается попеременному растяжению и сжатию.

. Основная техническая трудность состоит при этом в центровке образцов; незначительный эксцентриситет приложения нагрузки создает напряжения изгиба, не поддающиеся практически учету. Эти напряжения искажают результаты испытаний. Результаты, полученные на наиболее совершенных современных машинах, показывают, что предел выносливости, определенный при растяжении — сжатии, несколько ниже, чем предел выносливости при изгибе. Это можно объяснить масштабным эффектом: при изгибе максимальные напряжения возникают в зоне образца, примыкающей к поверхности, при растяжении — сжатии во всем объеме напряжения одинаковы.