Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Воздействие ледяного покрова на Инженерные сооружения континентального шельфа), страница 3

Для характеристики влияния асимметрии цикла на сопротивление усталости проводят усталостные испытания при асимметричных циклах и по их результатам строят диаграмму предельных напряжений, характеризующую зависимость между максимальными предельными напряжениями smax, равными пределам выносливости при асимметричных циклах sR (откладываемыми по оси ординат) и средним напряжением цикла sm (откладываемым по оси абсцисс). При этом используют два метода: а)при sm=const меняют амплитуды напряжений sа; б)изменяют одновременно sm и sа, но так, чтобы циклы оставались подобными, т.е. чтобы отношение smax/sm или sа/sm не изменялось.

Пределом выносливости при асимметричном цикле при этом называют то наибольшее значение максимального напряжения цикла smax=sm+sf, до которого образцы не ломаются от усталости до базы испытаний.

Предельная амплитуда напряжений при асимметричном цикле определяется по формуле:

,                                        (1.3)

где , в ГОСТ 25.504-82 [ ] рекомендуются следующие корреляционные формулы для данных коэффициентов:

,                                 (1.4)

где sВ - предел выносливости материала, МПа; s0 - предел выносливости при нулевом цикле (индекс указывает значение коэффициента асимметрии R=0).

1.1.2. Факторы, влияющие на сопротивление усталости конструкции.

Для оценки сопротивления усталости деталей натурных размеров проводят их усталостные испытания на специальных или универсальных усталостных машинах. Напряжения в них подсчитывают при этом по обычным формулам сопротивления материалов для случая изгиба, растяжения-сжатия или кручения, соответственно:

      . Напряжения, подсчитанные по этим формулам, называют номинальными и они имеют индекс «н».

По результатам испытаний находят предел выносливости детали, обозначаемый при симметричном цикле s-1Д, при пульсирующем цикле s, и параметры кривой усталости.

Предел выносливости детали натурных размеров s-1Д оказывается обычно в 2-6 раза меньше предела выносливости лабораторного образца. Для оценки этой разницы вводится коэффициент КsD, учитывающий влияние всех факторов на сопротивление усталости:

,                                     (1.5)

Весьма важным фактором, влияющим на сопротивление усталости является концентрация напряжений, т.е. явление местного повышения напряжений по сравнению с номинальными в зонах резкого изменения размеров и очертания конструкции или ее детали. Для характеристики этой разницы вводится теоретический коэффициент концентрации напряжений, который представляет собой отношение максимальных напряжений smax к номинальным sн по данному сечению:

,                                                (1.6)

Для прочности при переменных напряжениях также имеет существенное значение градиент напряжений по сечению, характеризующий крутизну кривой распределения напряжений в зоне концентрации. Градиентом напряжений по сечению называют тангенс угла, который образует касательная к кривой распределения напряжений в данной точке с осью х, абсциссы которой характеризуют положение точки на сечении МПа/мм [56].

Влияние концентрации напряжений на сопротивление усталости при асимметричных циклах во многих случаях характеризуется закономерностью, установленной на основе обработки многих экспериментальных данных [28] и не зависят от асимметрии цикла.

Масштабный фактор проявляется во влиянии абсолютных размеров поперечного сечения гладких (без концентрации напряжений) образцов на переделы выносливости. Для характеристики этого влияния вводят коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения на величину предела выносливости:

,                                               (1.7)

где s-1d - предел выносливости гладкого образца диаметром d (таким же, как размер детали); s-1 - предел выносливости гладкого образца с постоянным диаметром, определяемый по опытным данным в номинальных напряжениях.