Надежность и долговечность металлических мостов, страница 4

где – максимальное напряжение в элементе (для осевого усилия =σ, для изгиба ), а R – расчетное, т.е.предельно допустимое напряжение, элемент может воспринимать эту нагрузку сколько угодно долго без разрушения (это не относится к тем материалам, для которых характерна текучесть, например полимерам).

Если усилие в элементе S≠const, т.е. S=S(t) -изменяется во времени, то приведенное условие уже не может быть использовано: элемент разрушится после определенного периода работы, причем продолжительность этой работы зависит от характера изменения усилия элемента во времени.

Рисунок 18

Рассмотрим этот вопрос, т.е. исследуем особенности режимов нагруженности (или характера изменения усилия в элементах мостов) подробнее.

Рассматривая максимальные напряжения циклов σ как случайные величины, значение dn можно записать

,

где  n0- суммарное число циклов нагружения;

f(σ)- функция плотности распределения вероятностей σ.

Количество циклов, вызывающих усталостные повреждения:

,

где σ̉- максимальное напряжение цикла, ниже которого не происходит накопления усталостных повреждений.

Особенности расчетной оценки усталостной долговечности

При проведении практических расчетов по рассмотренной методике задача существенно осложняется в связи с необходимостью учета разнообразных факторов, оказывающих влияние на усталостную долговечность. Главные из них следующие.

1)  Двухпараметрический процесс загружения:

Предел выносливости зависит от многих факторов, среди основных - величина максимальных напряжений в цикле σmax, характеристика цикла ρ

и величина коэффициента концентрации напряжений ασ.

Рисунок 19

При данном ασ предел выносливости зависит от двух параметров -  и . Кривая усталости дает связь  и  числа циклов N лишь для определенного фиксированного значения ρ.

Рисунок 20

Для других “ρ” кривая выносливости другая. Полученные выше выражения, в частности, формула (*) для определения меры повреждения получена для однопараметрического цикла, т.е. такого, где ρ=const и измеряется лишь максимальное напряжение в цикле σ.

Практически удобнее использовать цикл при ρ=0 (легче моделировать в эксперименте). Поэтому необходимо двухпараметрические циклы приводить к  однопараметрическому.

Рисунок 21

Для приведения к циклу при ρ=0 (так называемому пульсирующему циклу) имеется формула:

,

где   и  - максимальные и минимальные напряжения в приводимом цикле;

-предел выносливости при ρ=0 и ρ=-1

Рисунок 22

2)  Изменение характеристик материала и конструкций

В процессе эксплуатации изменяются физико-механические характеристики сталей. Это изменение характеризуется улучшением прочностных свойств и ухудшением пластических.

Рисунок 23

По результатам обслуживания металлического раскоса пролетного строения, эксплуатирующегося 65 лет, получены следующие результаты:

Ненапряженная зона

Напряженная зона

σв                          кг/мм2

40

41

σт                кг/мм2

24

25

ε                       %

20

18

ак      при t=20˚С

17

15

Помимо снижения ударной вязкости ак, наблюдается увеличение критической температуры, причем снижение ак и увеличение tкр зависит от вида напряженного состояния (сжатие или растяжение) и направления действия силы (вдоль или поперек проката).Особенно неблагоприятно действие растяжения.

Рисунок 24

Улучшение механических свойств за счет наклепа, удаления их структуры азота, и др. причин.

Ухудшение пластических свойств – за счет охрупчивания металла.