4 Определение предела выносливости

Образец подвергается действию изгиба с симметричным циклом. В сечении 1 -1 образца в наиболее опасной точке А действует растягивающее напряжение σ, при повороте на половину оборота, точка А окажется внизу, в сжатой зоне и напряжение в ней станет равно -σ. При переходе через нейтральную ось в точке А напряжение σ=0

Предел выносливости определяется путем испытания идентичных образцов при различных значениях , но при неизменном коэффициенте асимметрии

.

1 —образец

2 — патрон шпинделя машины, вращающийся с некоторой угловой скоростью

3 — подшипник, через который передается сила Р постоянного направления.

• Используется партия (10-30) образцов круглого сечения диаметром 7-10 мм. Образцам придается плавная форма, а поверхность тщательно шлифуется или полируется.

• Предел выносливости зависит от размеров поперечного сечения образца.

• Первый образец испытываемой партии нагружается так, чтобы превышали предел выносливости при, по счетчику на усталостной машине устанавливается количество циклов, которое выдержал образец перед разрушением.

• Количество циклов, выдерживаемых образцом или деталью перед разрушением, называется циклической долговечностью.

• В каждом последующем образце при цикла создается

,

регистрируется число циклов N. Результаты испытаний представляются графически в виде кривой усталости (кривая Вёлера) σ(N).

• На каждом уровне напряжений испытывается несколько образцов, и по результатам испытаний определяется среднее значение разрушающего числа циклов.

• Эксперименты показывают, что кривая усталости образцов из большинства конструкционных сталей и легких сплавов, асимптотически приближается к горизонтальной прямой. Отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат, определяет предел неограниченной выносливости материала при данном коэффициенте асимметрии цикла R.

• Для деталей машин и натурных элементов конструкций, не существует такого числа циклов, выдержав которые образец не разрушается при дальнейшем испытании, и поэтому кривые усталости не имеют горизонтальной асимптоты.

• В таких случаях можно говорить лишь о пределе ограниченной выносливости, определенном на базе циклов.

5 Методы ускоренных и форсированных испытаний на усталость5.1 Ускоренный метод Про для оценки медианы предела выносливости

Предусматривает испытание образцов до разрушения при линейно возрастающей амплитуде цикла напряжений.

• В зависимости от конструкции испытательной машины возрастание напряжений может быть ступенчатым или непрерывным.

• Необходимо испытывать не менее трех-четырех серий образцов.

• Скорость возрастания амплитуды напряжений α для каждой серии принимают различной.

• Максимальную скорость нагружения выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение .

• Минимальную скорость назначают по возможности низкой.

• Обычно скорости возрастания амплитуды напряжений выбирают в диапазоне α = 5-10⁵..5-10⁵ МПа/цикл.

Предел выносливости при ускоренных испытаниях по методу Про определяется из уравнения

где — скорость возрастания амплитуды напряжения;

— медиана разрушающего напряжения при испытании с данной скоростью возрастания напряжений;

— предел выносливости при симметричном цикле;

k, c — параметры уравнения.

Эту зависимость можно изобразить прямой линией в координатах ,, уравнение которой

• где и.

Для определения подбирают методом последовательных приближений такое значение параметра с, при котором отклонение экспериментальных точек от прямойбудет минимальным,

т.е. величина Q, являющаяся мерой рассеяния экспериментальных точек вокруг линии :

была бы минимальна.

Здесь m — число скоростей возрастания амплитуды напряжения;

— число образцов, испытанных при i-й скорости возрастания амплитуды напряжения.

Определение предела выносливости по методу Про производится в следующей последовательности:

1. разрушающие напряжения для образцов, испытанных на одном уровне скорости возрастания амплитуды, располагают в порядке возрастания, то есть в вариационный ряд;

2. определяют медианы разрушающих напряжений для каждого уровня скорости возрастания амплитуды;

3. задаются рядом значений параметра с и вычисляются параметры а и b, мера рассеяния экспериментальных данных вокруг прямой пинии по формуле;

4. определяется значение параметра с, дающее минимум отклонения экспериментальных точек от прямой ;

5. находят предел выносливости для установленного значения параметра с.

Объем испытаний методом Про можно сократить в 1.5-2 раза при использовании заранее известного значения параметра с уравнения.

В этом случае испытания целесообразно проводить при двух скоростях возрастания амплитуды цикла напряжения.

Для легких сплавов, сталей и чугунов систематическая ошибка при определении предела выносливости методом Про в большинстве случаев не превышает 4-6%. Случайная ошибка зависит от объема испытаний.

Для легких сплавов величина предела выносливости, найденная по методу Про, соответствует базе 10⁷ циклов.

Следует иметь в виду, что абсолютная погрешность в оценке значения параметра с, равная 0.1 (т. е. примерно 30%) приводит к ошибке определения предела выносливости в среднем лишь на 8-10%.

Опыт использования ускоренного метода Про указывает на возможность его применения для оценки предела выносливости образцов и натурных деталей, причем в качестве критерия разрушения можно принимать как образование макротрещины усталости определенного размера, так и окончательное разрушение.