Рис. Диаграмма показывающая связь между средним напряжением и амплитудой напряжения при данной долговечности.
Для данного уровня среднего напряжения σm увеличение коэффициента асимметрии цикла r приводит к возрастанию предела выносливости. Последний достигает значения предела прочности при статическом нагружении в случае, когда r = +1.
Форма цикла, т.е. закон изменения напряжения между его экстремальными значениями, практически не влияют на усталостную прочность, поэтому циклы сложной формы при расчетах заменяют простыми с теми же значениями амплитуды и среднего напряжения.
Усталостная прочность металла зависит от вида напряженного состояния при циклическом нагружении. При схемах растяжение – сжатие, изгиб в одной плоскости, знакопеременное кручение, изгиб с кручением и др. металл подвергается действию различных комбинаций касательных, растягивающих и сжимающих напряжений. Как правило, предел выносливости при изгибе больше, чем при растяжении – сжатии. Наименьший предел выносливости обнаруживается при испытаниях на кручение.
Повышение температуры усталостных испытаний в большинстве случаев приводит к снижению сопротивления металла действию знакопеременных нагрузок. Если изменение температуры не связано с какими-либо значительными структурными эффектами, то влияние температуры заключается в смещении кривых усталости относительно оси напряжений (рис. 214,а). В материалах, склонных к деформационному старению, на плавную кривую температурного изменения предела выносливости накладывается аномальный температурный эффект в интервале синеломкости.
Рис. 214, а. Смещение кривых усталости относительно оси напряжений.
Рис. 214, б. Зависимость предела выносливости от температуры для малоуглеродистой стали.
Так, в малоуглеродистой стали в температурном районе 300-4000С возникает максимум предела выносливости, положение которого зависит от частоты циклического нагружения (рис. 214, б). Частота нагружения также влияет на результаты усталостных испытаний при таких высоких температурах, когда заметное развитие получают процессы ползучести (особенно в тех случаях, когда среднее напряжение цикла не равно нулю). В этих условиях большое значение имеет общее время воздействия напряжения на металл, которое при данном числе циклов до разрушения уменьшается с увеличением частоты. Повышение частоты приводит к увеличению предела выносливости и в области больших амплитуд пластической деформации даже при невысоких температурах (малоцикловая усталость). В остальных случаях изменение частоты нагружения в обычных пределах (102 – 104 циклов/мин) не оказывает заметного влияния на усталостную прочность металлов.
Усталостное повреждение зарождается, как правило, в поверхностных слоях материала, поэтому одним из важных факторов, определяющих усталостную прочность, является взаимодействие поверхности с окружающей атмосферой. При испытаниях в вакууме или в инертной атмосфере предел выносливости обычно выше, чем в атмосфере воздуха. Наоборот, присутствие коррозионной среды снимает усталостную прочность. Интересно, что результаты воздействия коррозионной среды на металл при усталостных испытаниях могут заметно отличаться от получаемых в случае статического нагружения или обычной коррозии (т.е. без наложения внешнего напряжения).Влияние окружающей среды на сопротивление металла циклическому нагружению тесно связано с состоянием поверхности, которое мы относим в данном случае уже к другой группе факторов, характеризующих свойства самого объекта испытания.
Наличие на поверхности детали различных дефектов (например, от механической обработки) приводит к концентрации напряжений в этих местах и сильно снижает предел выносливости. С этим во многом связано и влияние масштабного фактора при усталости, так как с увеличением площади поверхности повышается вероятность существования опасного дефекта, который может стать зародышем усталостного разрушения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.