5. Что называется циклом напряжений? Какие бывают виды циклов напряжений, и каковы их характеристики?

Циклом напряжений называется совокупность всех последовательных значений напряжений, возникающих в материале за один период времени T их изменения при регулярном нагружении.

Цикл характеризуется следующими параметрами (рис. 14.2):

• максимальным напряжением,

• минимальным напряжением,

• средним напряжением,

• амплитудным напряжением ,

• коэффициентом асимметрии.

Циклы могут быть знакопостоянными, если алгебраические знаки напряжений и одинаковы, изнакопеременными(см. рис. 14.2,а).

Цикл, у которого максимальное и минимальное напряжения равны по абсолютному значению, но противоположны по знаку, называется симметричным(см. рис. 14.1,в). Для такого цикла:

, ,.

Знакопостоянный цикл,при котором напряжения изменяются от нуля до своего максимального значения, называется отнулевым (рис. 14.2,б). Его характеристики следующие:,.

Постоянным циклом называется цикл, у которого напряжения не изменяются во времени, то есть:

, ,.

Как показывают эксперименты, характер (закон) изменения напряжений во времени практически не оказывает влияния на прочность стержня, существенными являются характеристики цикла.

В заключение отметим, что все сказанное о циклах, разумеется, относится не только к нормальным, но и к касательным напряжениям.

6. Как проводятся испытания материала на усталость, и как выглядит кривая усталости (кривая Велера)?

Наиболее распространенными являются испытания образцов на чистыйизгибприсимметричномцикле, поскольку именно этот цикл напряжений является самым опасным для материала (вспомним пример с медной проволокой), а проведение этого эксперимента значительно проще, чем для других видов циклов.

Для проведения такого эксперимента изготавливают партию из 6 – 10 совершенно одинаковых образцов, имеющих в пределах рабочей части строго круговую цилиндрическую форму. Диаметр образцов обычно составляет от 5 до 10 мм.

Первый образец нагружают таким образом, чтобы возникающие в нем максимальные нормальные напряжения были заведомо ниже предела прочности материала (), но выше предела выносливости.Для последующих образцов максимальное напряжение уменьшают.

С помощью счетчика оборотов, имеющегося на испытательной машине, фиксируют число циклов нагружений, которое выдержит каждый образец до разрушения. По результатам испытаний строят график зависимости числа циклов N, которое выдерживает образец без разрушения, от максимального напряжения, создаваемого в образце (рис. 14.3).

Кривая называетсякривой усталости иликривой Велера(по имени служащего немецких железных дорогАвгуста Велера(1819 – 1914 гг.), опубликовавшего в 1870 г. результаты своих экспериментов с образцами на усталость).

Из рисунка 14.3 видно, что по мере уменьшения , число цикловNначинает очень быстро расти, поэтому кривая усталости имеет значительную протяженность вдоль оси абсцисс. Для многих материалов эта криваяасимптотическиприближается к некоторому значению максимального напряжения, начиная с которого образцы не проявляют никаких признаков разрушения. Поэтому при соответствующем числе циклов испытания можно прекратить.

Практика проведения испытаний показывает, что образцы, выдержавшие без разрушенияциклов, могут при данном нагружении проработать неограниченное время. Поэтому продолжительность испытаний оговаривается. Для того чтобы иметь наглядное представление о порядке указанного значения числа циклов, заметим, что ось железнодорожного вагона на пути от Москвы до Владивостока испытывает околоциклов.

Предварительно задаваемая наибольшая продолжительность эксперимента на усталость называется базой испытаний .

Еще раз напомним, что максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором до базы испытания не происходит усталостного разрушения, называется пределом выносливости.

Кривые усталости для цветныхматериалов не имеют асимптоты и их ординаты с ростомNпадают до нуля. Для цветных материалов вводится понятиеусловного предела выносливости. За его значение принимается наибольшее напряжение, при котором образец выдерживает не менеециклов.