Расчет на прочность крышки под постоянным внутренним давлением с помощью расчетного пакета ANSYS. Расчет на изгиб вала с помощью расчетного пакета ANSYS, страница 5

Первую машину для усталостных испытаний в середине XIX в. построил немецкий ученый А. Велер, который занимался исследованием усталостной прочности осей подвижного состава железных дорог.

Для получения характеристик сопротивления усталости необходимо провести испытания не менее десяти одинаковых образцов. При этом каждый образец испытывают только при одной амплитуде напряжений до разрушения (или до базового числа циклов). Под базовым числом циклов N_σ понимается предварительно задаваемое число циклов напряжений, до которого испытывается образец.

Первый образец испытывается при амплитуде напряжений σ_a≈(0,65...0,75)σ_в. Постепенное снижение напряжения σ_a приводит к увеличению долговечности образца, под которой понимается число циклов до разрушения. Так как число циклов при этом растет очень быстро, при построении кривой усталости удобно воспользоваться полулогарифмической системой координат (рис. 49). Для некоторых материалов, например углеродистых сталей, кривая усталости в такой системе координат имеет горизонтальный участок, которому отвечает напряжение σ_ρ.

Напряжение σ_ρ называется пределом выносливости материала и представляет собой характеристику его усталостной прочности.

Чаще всего испытания проводятся при симметричном цикле напряжений. В этом случае предел выносливости обозначается σ_-1.

В процессе длительных испытаний было установлено, что образцы материалов, кривая усталости которых имеет горизонтальный участок, не разрушившиеся при N=10⁷ циклах, не разрушаются и при большем числе циклов. Поэтому испытания таких образцов прекращают при N=10⁷ циклах и в том случае, если они не разрушились. Точки, соответствующие неразрушившимся образцам, откладывают в правой части графика против базового числа и отмечают стрелками.

Для цветных металлов и легированных сталей кривая усталости не имеет горизонтального участка, т. е. для них не удается установить такое число циклов, после которого образец не разрушился бы в дальнейшем (рис. 51). В подобных случаях база испытаний принимается N= 10⁸ циклов. А под пределом выносливости понимается то наименьшее значение максимального напряжения цикла, при котором происходит разрушение образца при базовом числе циклов, и обозначается этот предел σ_-1N.

Результаты усталостных испытаний имеют значительный случайный разброс. Для получения достаточно достоверных характеристик прочности материала при переменных напряжениях нужно испытать много образцов, после чего результаты испытаний подвергнуть статистической обработке.

Исследование соотношений между пределом выносливости σ_-1 и другими характеристиками показало, что для сталей σ_-1≈(0,4..0,5)σ_в; для цветных металлов предел выносливости изменяется в более широких пределах σ_-1≈(0,25..0,5)σ_в, где σ_в – предел прочности материала.

4.  Диаграмма предельных амплитуд

Для получения характеристик сопротивления усталости при асимметричных циклах производят испытания образцов при различной степени асимметрии и по результатам испытаний строят диаграмму предельных напряжений, характеризующую зависимость между амплитудами циклов σ_а и средними значениями напряжений циклов σ_m (рис. 52).

Введение параметра асимметрии цикла требует испытания нескольких десятков образцов. Построение диаграммы σ_a~σ_m может быть осуществлено двумя способами.