7.14.Влияние различных факторов на предел выносливости

7.14.1.Влияние концентрации напряжений

Сравним напряженное состояние, возникающее в растягиваемой пластине в сечении, ослабленном отверстием, и в сплошном сечении.

Во втором случае напряжение распределено равномерно по сечению, а в первом – неравномерно, резко увеличиваясь по мере приближения к отверстию.

Подобное явление наблюдается при растяжении стержня с выточками:

при изгибе ступенчатого стержня:

при прессовой посадке втулки на вал:

Явление увеличения напряжений в окрестностях мест резкого изменения формы тела, а также в зоне контакта соприкасающихся тел, называется концентрацией напряжений. Факторы, вызывающие концентрацию напряжений, называются концентраторами напряжений.

Для пластичных материалов при статическом нагружении концентрация напряжений неопасна, а при повторно-переменной нагрузке она способствует зарождению усталостной трещины.

Для учета влияния концентрации напряжений в расчетной практике вводятся эффективные коэффициенты концентрации напряжений:

; ,

где s_–1, t_–1 – пределы выносливости, полученные на гладких образцах; s_–1К, t_–1К – пределы выносливости, полученные на образцах с концентраторами.

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений тем больше, чем острее концентратор, чем прочнее материал и чем жестче вид напряженного состояния.

7.14.2.Влияние размеров изделия

Экспериментально установлено, что с увеличением размеров образца предел выносливости снижается.

Масштабный эффект связан со следующими факторами:

• статистическим – с увеличением размеров поперечного сечения повышается вероятность появления дефектов и опасно ориентированных зерен;

• технологическим – материал больших заготовок, как правило, хуже по качеству, чем материал малых.

Масштабный эффект учитывается коэффициентами масштабного фактора:

; ,

где s_–1, t_–1 – пределы выносливости, полученные на образцах стандартного размера (Æ7…10 мм); s_–1d, t_–1d – пределы выносливости, полученные на образцах диаметром d.

7.14.3.Влияние состояния поверхности

Усталостная трещина во многих случаях зарождается у поверхности, поэтому состояние поверхностного слоя оказывает существенное влияние на выносливость изделия.

1. Влияние шероховатости поверхности.

Бороздки шероховатости поверхности являются микрокон­центраторами напряжений. Коэффициент влияния шероховатости поверхности определяется:

,

где s_–1 – предел выносливости, полученный на полированных образцах, s_–1F – предел выносливости, полученный на шероховатых образцах.

2. Влияние поверхностного упрочнения.

Для повышения предела выносливости используются методы поверхностного упрочнения: обкатка роликами, обдувка дробью, закалка токами высокой частоты, химико-термическая обработка. Данные методы повышают прочность поверхностного слоя и создают в нем благоприятные остаточные напряжения сжатия, благодаря которым очаг зарождения трещины переносится с поверхности в подповерхностную область. Коэффициент упрочнения определяется:

,

где s_–1 – предел выносливости неупрочненного образца, s_–1V – предел выносливости упрочненного образца.