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.

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 σ_max, характеристика цикла ρ

и величина коэффициента концентрации напряжений α_σ.

Рисунок 19

При данном α_σ 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 а_к, наблюдается увеличение критической температуры, причем снижение а_к и увеличение t_кр 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.