Размахом напряжений называется разность

σmax – σmin = 2σa.

Коэффициентом асимметрии цикла называется отноше-

ние напряжений

σmin = p .

σmax

Для пульсационного цикла p=0, а для симме тричного p= –1. Циклы, для которых значение коэффициента асимметрии одинаковы, называются подобными.

17.3. Предел выносливости

Основной характеристикой выносливости материала является кривая усталости, получаемая экспериментальным путем. Ординаты кривой усталости – значения максимальных напряжений цикла, при которых происходит разрушение детали, а абсцисса – число циклов N, которое выдержала деталь до разрушения (рис. 17.4).

Пределом выносливости материала называется напряжение σp и представляет собой характеристику его усталостной прочности.

Наиболее часто испытания проводятся при симметричном цикле напряжений. Предел выносливости в этом случае обозначается σ-1.

Исследование соотношений между пределом выносливости σ-1 и другими характеристиками показало, что для сталей σ-

1 ≈ (0,4…0,5)σВ; для цветных металлов предел выносливости изменяется в более широких пределах:

σ-1 ≈ (0,25…0,5)σВ ,

где σВ – предел прочности материала.

17.4. Факторы, влияющие на усталостную прочность материала

Многие факторы оказывают влияние на предел выносливости материала, в том числе концентрация напряжений, масштабный фактор, качество обработки поверхности, внешняя среда и др. Влияние каждого из них рассмотрим в отдельности.

Концентрация напряжений при циклическом измене-

нии нагрузки вызывает в зоне очага концентрации зарождение и последующий рост трещины, который завершается усталостным разрушением.

Для учета влияния концентрации напряжений на предел выносливости вводится эффективный коэффициент концентрации напряжений kσ , равный отношению предела выносливости «гладкого» образца σp и образца с концентратором напряжений σpk:

β = σp/σpk .

Экспериментально установлено, что коэффициент β уменьшается с увеличением коэффициента асимметрии цикла, т.е. по мере приближения нагружения к статическому, посколь-

100

ку местные напряжения оказывают малое влияние на статическую прочность материала.

Масштабный фактор. Многочисленными испытаниями установлено, что усталостная прочность образцов при всех прочих равных условиях снижается с увеличением их площади поперечного сечения. Снижение усталостной прочности с увеличением размеров детали получило название масштабного фактора.

В качестве причин проявления масштабного фактора можно указать следующие:

1)статистический фактор – большая вероятность появления дефектов и перенапряженных зерен материала, что приводит к увеличению вероятности разрушения;

2)технологический фактор – влияние способа обработки детали в процессе ее изготовления;

3)производственный фактор – ухудшение качества материала с увеличением объема детали.

Влияние абсолютных размеров детали на предел выносливости материала учитывается с помощью коэффициента масштабного фактора.

Качество поверхности. Предел выносливости для об-

разцов с полированной поверхностью выше, чем для образцов с поверхностью, обработанной резцом. Для повышения усталостной прочности деталей используются технологические методы упрочнения их поверхности, такие как наклеп поверхностного слоя путем обдувки дробью или ультразвуком, закалка токами высокой частоты и др.

Внешняя среда. Резкое снижение предела выносливости вызывает коррозия металлов. При этом в поверхностных слоях возникают трещины коррозионной усталости, приводящие к значительной концентрации напряжений [6].

101