Расчет на прочность крышки под постоянным внутренним давлением с помощью расчетного пакета ANSYS. Расчет на изгиб вала с помощью расчетного пакета ANSYS, страница 7

На рис. 55 показаны графики изменения коэффициента чувствительности в зависимости от предела прочности материала σ_в, и теоретического коэффициента концентрации напряжений α.

Усталостное разрушение в значительной степени зависит от интенсивности уменьшения напряжений в области очага концентрации напряжений. Если местные напряжения убывают достаточно резко, то число зерен материала в зоне высоких напряжений относительно невелико и вероятность зарождения усталостной трещины также относительно невелика.

Скорость убывания местных напряжений определяется градиентом G, т. е. производной от напряжения по какой-либо координате (рис. 56):

Относительным градиентом является:  увеличение которого снижает чувствительность материала к местным напряжениям.

В случаях, когда известно точное решение задачи о распределении напряжений в зоне очага концентрации, полученное методами теории упругости, градиент G может быть получен теоретическим путем. Если же точного решения нет, тогда градиент G может быть найден из экспериментов.

Масштабный фактор. Многочисленными испытаниями установлено, что усталостная прочность образцов снижается с увеличением их площади поперечного сечения. Зависимость между пределом выносливости материала и размерами поперечного сечения имеет асимптотический характер, из чего следует, что для очень больших образцов предел выносливости оказывается неизменным. На сопротивление усталости оказывает влияние длина образцов, но менее ярко проявляется по сравнению с влиянием размеров поперечного сечения. Снижение усталостной прочности с увеличением размеров детали получило название масштабного фактора.

В качестве причин проявления масштабного фактора можно указать следующие:

Ø  статистический фактор – большая вероятность появления дефектов и перенапряженных зерен материала, что приводит к увеличению вероятности разрушения;

Ø  технологический фактор – влияние способа обработки детали в процессе ее изготовления;

Ø  производственный фактор – ухудшение качества материала с увеличением объема детали, поковки и т. п.

Для неоднородных материалов, имеющих большое число дефектов, влияние масштабного фактора на предел выносливости выражено сильнее, чем для однородных материалов с существенно меньшим числом дефектов. Влияние абсолютных размеров детали на предел выносливости материала учитывается с помощью коэффициента масштабного фактора. В некоторых случаях в справочной литературе значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений приводятся с учетом масштабного фактора. Тогда при расчетах детали на выносливость вносить поправку на размеры детали не следует.

Качество поверхности. Результаты испытаний образцов, поверхность которых имеет разную степень чистоты обработки, свидетельствуют о том, что предел выносливости, полученный для образцов с полированной поверхностью, выше, чем для образцов со шлифованной поверхностью, a σ_ρ последних выше, чем образцов с поверхностью, обработанной резцом, и т. п. Это обстоятельство объясняется тем, что после обработки резцом на поверхности образца остаются надрезы, царапины и т. п., которые при действии переменных во времени нагрузок провоцируют зарождение и последующее развитие трещин.

Для повышения усталостной прочности деталей используются технологические методы упрочнения их поверхности, такие, как наклеп поверхностного слоя путем обдувки дробью или ультразвуком, закалка токами высокой частоты и др.

Положительное влияние указанных способов на усталостную прочность детали объясняется тем, что в поверхностном слое материала создаются сжимающие напряжения, которые затрудняют развитие усталостных трещин. Кроме того, вследствие наклепа повышается прочность материала в поверхностном слое.

Влияние технологических факторов на усталостную прочность оценивается коэффициентом поверхностного упрочнения.