3.2. Ускоренный метод испытания на усталость Эномото

Ускоренный метод Эномото предусматривает испытание одной серии из четырех-пяти образцов при постоянной скорости возрастания амплитуды цикла напряжений. Начальный уровень напряжения выбирается так же, как в методе Про.

Определение предела выносливости по результатам ускоренных испытаний по методу Эномото основано на предположении, что при постоянной скорости возрастания амплитуды напряжения отношение разрушающих напряжений к величине предела выносливости является постоянной величиной для материалов одного типа, т.е.

                           (3.13)

где  - коэффициент, зависящий только от скорости возрастания амплитуды напряжения;  - медиана разрушающей амплитуды цикла напряжений.

Значение коэффициента K и его средней квадратической ошибки , подсчитанные по результатам испытаний различных марок сталей и чугунов, алюминиевых и магниевых сплавов для различных скоростей возрастания амплитуд цикла напряжений, приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1. Значения K и  при различных скоростях возрастания амплитуды цикла напряжений

Материал	104, МПа/цикл	K
Стали, Чугуны	0,1	1,08	0,08
	0,5	1,13	0,12
	1,0	1,18	0,14
Алюминиевые и магниевые сплавы, база 107 циклов	0,3	1,30	0,05
	0,5	1,33	0,06
	1,0	1,38	0,07
	2,0	1,46	0,10
	4,0	1,63	0,12
	6.0	1,76	0,18

 

Определение предела выносливости методом ускоренных испытаний Эномото проводится в следующей последовательности:

1) разрушающие напряжения располагают в возрастающем порядке;

2) определяют медиану разрушающих напряжений аналогично методу Про;

3) в зависимости от принятой скорости возрастания амплитуды напряжения по таблице 3.1 или на основании имеющихся результатов испытаний выбирают значение коэффициента K;

4) по формуле (3.13) вычисляют значение предела выносливости.

Анализ результатов показывает, что погрешность в определении предела выносливости при использовании метода Эномото достигает 10-15%. В связи с этим указанный метод может быть использован для ориентировочной оценки предела выносливости.

 

3.3. Оценка предела выносливости методом Локати

Метод Локати применим для материалов, правая ветвь кривой усталости которых может быть аппроксимирована прямой линией, параллельной оси абсцисс (углеродистые стали).

Испытаниям подвергается одна серия образцов при постоянной скорости возрастания амплитуды напряжений. Увеличение напряжений обычно принимают ступенчатым.

Для каждого испытанного образца подсчитывают величину накопленного повреждения

                               (3.14)

на основании трех условных (предполагаемых) кривых усталости а, б и в (рис. 3.3), охватывающих возможную область рассеяния усталостных характеристик материала.

Рис. 3.3. Условные кривые усталости для вычисления предельной суммы накопленных повреждений (3.14)

 

Далее строят график зависимости суммы накопленных повреждений (3.14), соответствующих данным кривым усталости, от принятого значения предела выносливости (рис. 3.4). По этому графику определяют искомое значение предела выносливости как значение абсциссы, соответствующей ординате, равной единице, то есть для.

Рис. 3.4. График для определения предела выносливости ускоренным методом Локати

 

Опыт использования ускоренного метода Локати позволил сформулировать рекомендации по выбору режимов испытания и параметров условных кривых усталости [20].

Принимают скорость возрастания амплитуды напряжения  МПа/цикл. Длительность испытания на каждом из уровней напряжений выбирают в диапазонеn=5·10⁴...10⁵ циклов. При этом число ступеней нагружения должно быть не менее 8-10. В противном случае следует снизить длительность испытаний n. Приращение амплитуды напряжения  зависит от принятых значений  и n и должно находиться в интервале от 5 МПа до 15% значения ожидаемого предела выносливости . Уровень начального напряжения  принимают равным ожидаемому значению предела выносливости .

При построении условных кривых усталости долговечность N_G, соответствующую точке перелома, выбирают в диапазоне  циклов. Как показывает анализ опытных данных, изменение N_G от 10⁶ до  циклов не оказывает существенного влияния на результат ускоренного определения предела выносливости. Дисперсионный и регрессионный анализы показали, что абсолютные размеры образцов и степень концентрации напряжений практически не влияют на абсциссу точки перелома кривой усталости для углеродистых сталей [9].

Абсолютное значение тангенса угла наклона левой ветви кривой усталости (рис. 1.5) для образцов из углеродистых сталей при переменном изгибе можно определить по корреляционному уравнению через предел прочности стали при статическом растяжении [9]

                                                           (3.15)

Для крайних условных кривых усталости характеристику наклона левой ветви устанавливают на основании соотношений [20]

                                                                    (3.16)

                                                                      (3.17)

При наличии априори достоверных данных относительно значения угла наклона левой ветви кривой усталости принимают

                                                                 (3.18)

Ожидаемое значение предела выносливости  для гладких стальных лабораторных образцов при изгибе с вращением целесообразно определять по корреляционному уравнению (2.10)

Значения пределов выносливости  и , соответствующие крайним условным кривым усталости, принимают на 10-15% соответственно выше и ниже ожидаемого предела выносливости .

После определения описанным методом предела выносливости для каждого образца проводят осреднение результатов, то есть

                 (3.19)

где n — число испытанных образцов.

Величина  является оценкой предела выносливости исследуемого элемента конструкции. В связи со значительным рассеиванием значений величин  испытаниям следует подвергать не менее трех элементов. Увеличение числа образцов (>5) не приводит к заметному снижению погрешности в оценке предела выносливости, которая в основном не превышает 8%. Машинное время при использовании метода Локати сокращается в 10-15 раз в зависимости от объема серии испытаний. Повысить точность оценки предела выносливости ускоренным методом Локати можно уточнением предельной суммы накопленных повреждений (3.14) исследуемого материала при ступенчато возрастающем спектре переменных напряжений.

Следует отметить, что дисперсия величины , получаемая по результатам испытаний серии одинаковых образцов методом Локати, не может служить оценкой меры рассеяния предела выносливости, связанного с неоднородностью свойств материала, состоянием поверхности и т.д., так как разброс результатов ускоренных испытаний по методу Локати в значительной мере обусловлен ошибками в выборе формы и параметров условных кривых усталости.