Прочность при переменных нагрузках

Прочность при переменных нагрузках

Прочность при переменных нагрузках Прочность при переменных нагрузках в сопромате  Прочность при переменных  Прочность




Прочность при переменных нагрузках




Под действием знакопеременных напряжений металла наблюдаются типы Разрушение, которое по внешнему виду напоминает хрупкое разрушение пластическом материале происходит растрескивание, а разрушение происходит без выраженной пластической деформации. Величина максимального напряжения в этом случае может быть значительно ниже предела прочности при растяжении и меньше предела текучести, если только число циклов напряжений достаточно велико. Типичным примером изделия, в котором отказ происходит изза усталости, является вращающийся вал.Представьте себе горизонтальный вал, на котором закреплен тяжелый маховик.

Вес маховика вызывает изгибное напряжение на валу, которое удлиняет нижние волокна и уплотняет верхние волокна. Однако вал вращается, и во время каждого оборота значения напряжений в каждой точке изменяются в соответствии с законом синусоидальной волны , так, что один и тот же материальный элемент находится либо в зоне сжатия, либо в зоне расширения для удобства проверки. Момент изгибного напряжения оугловая скорость вращения Если изгиб создается весом маховика, рассмотренные примеры не являются общими, но есть много подобных примеров. Например, вал шестерни согнут давлением, приложенным к зубьям шестерни. Направление этой силы постоянно в пространстве, поэтому напряжение также . в рассматриваемом случае напряжение изменяется в симметричном цикле.

Величина сжимающего напряжения равна величине растягивающего напряжения во многих деталях машины цикл изменения напряжения несимметричен, поэтому можно предположить, что отсреднее напряжение цикла. Переменная часть напряжения не должна изменяться в соответствии с функцией синуса. вместо можно ввести периодическую функцию с периодом . она изменяется от до, и начало пробоя зависит И ОВ и от Количество циклов, но не тип этой функции. Наиболее распространенным методом испытания на усталость является испытание на переменный изгиб. Соответствующая методика была создана Велером , который опубликовал первые данные по экспериментальным исследованиям усталости. С некоторыми изменениями эта методика в настоящее время используется. Образец круглого сечения закреплен на шпинделе, а подшипник размещен на другом конце образца, где подвешена нагрузка.

Для конструкций различают общую прочность — способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения, и местную — та же способность отдельных узлов, деталей, соединений. вики



Примеры решения в задачах



Веретено ., образец представляет собой балку, которая зажата на одном конце и нагружена концентрацией на другом свободном конце. Максимальное напряжение рассчитывается по формуле теории изгиба в соответствии с предположением об упругой работе материала, испытание продолжается до тех пор, пока образец не разрушится, а счетчик вращения автоматически выключается в момент разрушения.

Испытание повторяется при различных напряжениях, и результаты отображаются в виде так называемой кривой вольера. Напряжение строится вдоль ординаты, а число циклов, в которых происходит пробой , строится вдоль ординаты. . оказывается, эта кривая имеет горизонтальную асимптоту. Число циклов в порядке х почти достигает асимптоты. Это означает, что дальнейшее увеличение числа циклов не приведет к разрушению. Ордината асимптоты называется пределом выносливости материала соч. эта сумма является задачей исследования. При построении диаграмм Веллера в полулогарифмических координатах предел выносливости становится особенно очевидным. Если реконструировать диаграмму на рисунке , построив логарифм числа циклов вдоль горизонтальной оси , то она будет состоять из линий, а я линия будет почти горизонтальной. Ее ординатаэто . в случае цветных металлов таких как алюминий кривая усталостной прочности не имеет асимптот и явно неограничена отсеять от значения а. Рисунок . Нет ничего близкого к горизонтали . в таких случаях предел выносливости определяется как напряжение, при котором материал выдерживает определенное, достаточно большое количество циклов. Описанная Установка испытания на усталость нет. Есть машины для усталостного изгиба . эта машина, рабочая часть образца находится в состоянии чистого изгиба. Образец действует как луч, поддержанный от концов и нагруженный с симметрично раскрытыми силами.

При определении пределов выносливости необходимо учитывать тот факт, что эксперимент показывает значительную изменчивость, причем экспериментальные точки находятся не на кривой, а заполняют определенные участки. Размер предела выносливости зависит от размера . влияет эффект масштаба, уже упомянутый выше в. Поэтому для образцов диаметром мм предел выносливости примерно на меньше, чем для стандартных образцов диаметром мм. Если сделать диаметр еще больше, то уже есть небольшое влияние на предел выносливости. Усталостные испытания с переменным изгибом проводятся в условиях неравномерного напряжения. Более чистым экспериментальным условием является то, что цилиндрический образец подвергается попеременному растяжению и сжатию.

Есть машины для такого рода испытаний. Механическим или с помощью электромагнитов, возбуждающих продольные колебания, создается пульсирующая осевая сила в . в резонансной машине частота мешающей силы близка к собственной частоте системы, состоящей из образца и присоединенной к нему массы, а система автоматического управления поддерживает постоянную амплитуду. Основная техническая трудность заключается в среднем выравнивании образца. Если приложение нагрузки слегка эксцентрично, возникает напряжение изгиба, которое не может быть рассмотрено на практике. Эти напряжения тока передернут результаты теста. Результаты, полученные на новейших современных станках, показывают, что предел выносливости, определяемый растяжением и сжатием, несколько ниже предела выносливости, обусловленного изгибом. Это можно объяснить массовым эффектом.

При изгибе максимальное напряжение создается в зоне образца, прилегающей к поверхности, но при растяжении и сжатии напряжение остается одинаковым по всему объему. Кратко об усталости металлов и сплавов при высоких температурах. Если температура достаточно высока, то определение предела усталости стали по Велеру является . в этом смысле высокотемпературная сталь ведет себя так же, как и цветные металлы при комнатной температуре. Поэтому необходимо определить условный предел усталости при очень большом числе циклов и ввести большой запас прочности.

Методические указания и учебники решения и формулы
задачи и методички
теория


В настоящее время при расчёте на прочность используют как расчёт по допускаемым напряжениям, так и расчёт по допускаемому числу циклов нагружения. вики