книги из ГПНТБ / Григорьев, К. М. Основы циклической прочности учебное пособие

Например, для сталей: a Ч, =0,28 <тв при растяжении;

г=0,22 ав при кручении;

аЧ.] =0,40 «Те при изгибе;

для цветных металлов: о 1!.! = (0,2-^0,5) ов.

Баушингер предлагал за предел усталости принимать, дина­ мический предел пропорциональности.

Были попытки косвенного определения предела усталости ускоренным методом по изменению физических свойств при действии переменных напряжений. Эти методы основывались на измерении температуры образца, изменении электрического сопротивления, магнитной проницаемости, теплового расшире­ ния и т. д.

Другие методы ускоренного определения предела усталости довольно точно соответствуют методу обычных испытаний. На­ пример, установление предела выносливости по изменению раз­

В. С. Ивановой), увеличение амплитуды напряжений с постоян­ ной скоростью вплоть до разрушения образца (метод Про), определение предела усталости из ресурса работоспособности

20

рединчая кривая усталости в полулогарифмических коорди­ натах.

Параметры для построения кривой усталости:

Где: K =tga,

ad — условный предел прочности при изгибе.

Значения (А. В. Клыпин, Д. Н. Решетов, Р. М. Чатынян.. «Известия вузов. Машиностроение», 1973) показателей степени уравнений кривых усталости и пределов выносливости, при постоянном и среднем нормальном (близким к рабочим усло­ виям работы детали) режимах нагружения для гладких образ­ цов из конструкционных сталей, в зависимости от твердости могут быть вычислены по линейным уравнениям:

т = 0,024 (145 + НВ),

§ 5. Усталостная прочность пластмасс

Физической основой усталости пластмасс является времен­ ная зависимость прочности при статическом и динамическом нагружении. Кроме того, при воздействии циклических напря­

комплекс явлений, чем просто временная зависимость. Разру­ шение их всегда наступает при более низком напряжении, чем предел прочности.

На усталостные свойства пластмасс влияют внешние усло­ вия: повышенная температура, относительная влажность воз­ духа, коррозионные условия. На результаты усталостных испы­ таний влияют вид циклического напряженного состояния (растяжение, кручение, изгиб), форма, размеры образца и ча­ стота нагружения. Причем прочностные свойства имеют ярко

21

выраженный релаксационный характер. Важную роль для пластмасс при многократном нагружении играют гистерезисные потери. Накопление тепла (разогрев) усугубляется низкой теплопроводностью пластмасс. Они имеют высокую чувстви­ тельность к температуре. Очевидно, все перечисленные факторы оказывают большое влияние на прочность пластмасс, а их совместное действие осложняет изучение усталости этих мате­ риалов.

Методы усталостных испытаний разделяются в зависимости от способа нагружения (гармоническое, ударно-циклическое), и от свойств материала (жесткие пластмассы, мягкие пластмассы).

Для исследования пластмасс в основном применяются ма­ шины и методика, как для металлов. Наибольшее распростра­

нагружения N= 107 является критерием сопротивляемости пластмасс усталости. Для чистых полимерных материалов су­

ществует физический предел выносливости, ниже которого раз­ рушения не происходит.

22

Ряд исследователей (С. Б. Ратнер, А. В. Стинскас, В. Е. Гуль, В. Н. Кулезнев и др.), в качестве основного критерия, предла­ гают коэффициент усталости К:

дают высокой по сравнению с металлами удельной усталостной прочностью (oRl) (Рис. 13).

23

Ill

лиэфирной смоле; 4 — алюминиевый сплав; 5 — титан.

На величину предела выносливости существенное влияние оказывают вид напряженного состояния, режим нагружения мягкое и жесткое нагружение), разогрев образцов при испы­ тании, режим испытания, ссгстав и анизотропия мате­

риала и др.

При циклическом нагру­ жении по мере накопления местных неупругих дефор­ маций жесткость образца уменьшается, а вместе с ней уменьшается и величина на­ пряжений, происходит свое­ образная релаксация нап­ ряжений. При статистиче­ ской обработке это не учи­ тывается, величина предела выносливости получается завышенной. В связи с этим рекомендуется испытание на усталость проводить при заданном напряжении (мяг­ кое нагружение).

. 24

ет 32°С’. Чтобы разогрев не превышал критического уровня, ве­

объем рабочей зоны образца соответственно; %— коэффициент теплообмена.

26

Характер усталостного разрушения пластмасс зависит от вида нагружения, коэффициента асимметрии цикла, уровня действующего напряжения и других факторов.

Изотропные пластмассы (винипласт и другие) разрушаются аналогично металлам, излом происходит перпендикулярно оси образца, на поверхности излома наблюдаются две характер­ ные зоны (область развития усталостной трещины и зона ста­ тического хрупкого разрушения).

Анизотропные пластмассы (стеклопластики и другие) при растяжении-сжатии разрушаются по этапам: зарождение тре­ щин, процесс накопления повреждений, развитие трещин и раз­ рушение, которое наблюдается в рабочей части образца в ви­ де скалывания под углом 40—45° к плоскости слоев, образуя зубчатый пилообразный излом. При циклическом изгибе раз­ рушение образцов происходит вследствие образования трещин и расслоения слоев. Стеклопластики разрушаются путем скач­

«Заводская лаборатория», 1961, № 10) предлагают в качестве критерия разрушения появление первых трещин на поверх­ ности образцов. В Советском Союзе разработаны специальные методы и оригинальные приборы для изучения кинетики за­ рождения и роста усталостных трещин.

Результаты усталостных испытаний без указания режима опытов и технологии изготовления образцов имеют лишь ин­ формационное значение. Их можно использовать для расчета деталей машин при условии, когда способ нагружения, форма и размеры образцов эквивалентны условиям работы конструк­ ции.

При проектировании деталей машин сложных геометриче­ ских форм (звезДочки, зубчатые колеса, упругие муфты и т. п.), воспринимающих циклические и ударно-циклические нагрузки, необходимо выполнят^ усталостные испытания непосредствен­ но на этих деталях.

Широкие исследования работоспособности конструкцион­ ных пластмасс и применения их в машинах проводятся в Ижевском механическом институте (Н. В. Воробьев, Б. Ф. Фе­ доров, К. М. Григорьев и др.).

27

Г л а в a III

ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ ПРЕДЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

§ I. Основные понятия

Установлено, что предел выносливости зависит от коэффи­ циента асимметрии цикла. Непосредственное использование кривой выносливости для технических расчетов неудобно, ибо необходимо иметь кривую выносливости с заданной характе­ ристикой цикла. Кроме того, большая часть известных данных об усталости была получена из испытаний при симметричном цикле нагружения. В рабочих условиях многие детали машин имеют нагрузки с асимметричным циклом.

т. е. построить диаграмму, на которую переменное напряжение цикла (Та наносится в зависимости от среднего напряжения цикла 0щ.

В практике возможны различные зависимости, устанавли­ вающие связь расчетных и предельных напряжений (т. е. закон изменения напряжений при возрастании нагрузки).

На рис. 16 приведена диаграмма, показывающая линейную

СВЯЗЬ (Та, О т И (Та пр, О т пр-

Основные характеристики диаграммы подобных циклов

Характеристика цикла (коэффициент асимметрии)

28

Р и с. 16. Диаграмма подобных циклов.

Амплитудное напряжение цикла

(Та = £ (Omax CTmin) ■

Среднее (постоянное) напряжение •

d m - i (<Ттах + CTmin) •

Угол наклона луча подобных циклов

^ = S H t r -

Напряжения сга и стт в зависимости от R и Птах

Подставляя вместо максимального напряжения цикла пре­ дел выносливости, получают зависимости (3.2.) и (3.3.):

В этом случае оа и ат являются предельными напряжения­ ми цикла. Предельное напряжение цикла — максимальное н минимальное напряжения цикла, соответствуют пределу вынос­ ливости (или пределу ограниченной выносливости).

29