11.5 Влияние конструктивно-технологических факторов на предел усталости

Как показывают многочисленные опыты, на предел выносливости кроме характеристики цикла существенно влияет ряд различных факторов: концентрация напряжений; размеры поперечных сечений деталей; состояние поверхности; характер технологической обработки; среда, в которой происходят испытания и др.

Для выяснения влияния того или иного фактора в качестве эталона принят предел усталости _1, полученный испытанием на воздухе при симметричном цикле партии гладких полированных образцов диаметром 710 мм. Тогда влияние различных факторов на выносливость оценивается отклонением предела выносливости партии рассматриваемых образцов от предела выносливости эталонных.

11.5.1 Влияние концентрации напряжений

Резкие изменения формы детали, отверстия, выточки, надрезы значительно снижают предел выносливости. Это снижение учитывается эффективным коэффициентом концентрации напряжений, который определяется экспериментальным путем и приводится в справочной литературе. Данный коэффициент показывает во сколько раз предел выносливости при симметричном цикле для образцов без концентрации напряжений _1 превышает предел выносливости для образцов с концентрацией напряжений _1k:

. (11.21)

11.5.2 Влияние размеров (масштабный фактор)

Как показывают эксперименты, при увеличении диаметра образцов с 710 до 150200 мм снижение пределов выносливости при чистом изгибе может достигать 3040 %.

При однородном напряженном состоянии (растяжении-сжатии) опыты показывают о малом влиянии абсолютных размеров на выносливость.

При кручении, как и при изгибе, наблюдается существенное снижение предела выносливости с ростом размеров образцов.

Падение предела выносливости с ростом размеров особенно сильно выражено у неоднородных металлов, например у серого чугуна.

11.5.3 Влияние состояния поверхности

В большинстве случаев поверхностные слои элемента конструкции, подверженного действию циклических нагрузок, оказываются наиболее нагруженными. Кроме того, поверхность детали всегда имеет дефекты, связанные с качеством механической обработки, а так же с коррозией вследствие воздействия окружающей среды. Поэтому усталостные трещины, как правило, начинаются с поверхности, а плохое качество последней приводит к снижению сопротивления усталости

11.5.4 Влияние пауз

Перерывы в нагружении (паузы) увеличивают число циклов до разрушения до 1520 %. Увеличение числа циклов тем больше, чем чаще паузы и чем они длиннее.

Если приложить к образцу напряжения немного ниже предела выносливости и затем постепенно повышать величину переменной нагрузки, то сопротивление усталости можно немного повысить. Это явление называют тренировкой материала и широко используют в технике.

11.5.5 Влияние температуры

С повышением температуры предел выносливости обычно падает, а с понижением – растет.

11.6 Практические меры повышения сопротивления усталости

При конструировании деталей, работающих в условиях возникновения переменных напряжений, рекомендуется принимать следующие меры для повышения сопротивления усталости:

1. Применять более однородные материалы, с мелкозернистой структурой, свободные от внутренних очагов концентрации.

2. Придавать деталям очертания, при которых была бы уменьшена концентрация напряжений.

3. Тщательно обрабатывать поверхность детали.

4. Применять специальные методы повышения сопротивления усталости (поверхностное упрочнение, тренировка деталей и т. д.).