34.Особенности получения расчетной оценки усталостной долговечности

При проведении расчетов проведении практических расчетов по рассмотренной методике задача существенно осложняется в связи с необходимостью учета разнообразных факторов, оказывающих влияние на усталостную долговечность. Главные из них следующие.

1. Двухпараметрический процесс загружения:

Предел выносливости зависит от многих факторов, среди основных – величина максимальных напряжений в цикле σ_max, характеристика цикла ρ

и величина коэффициента концентрации напряжений α_σ.

При данном α_σ предел выносливости зависит от двух параметров - и . Кривая усталости дает связь и числа циклов N лишь для определенного фиксированного значения ρ. Для других ρ кривая выносливости другая.

Полученные выше соотношения, в том числе формула (*) для определения меры повреждения получена для однопараметрического цикла, то есть такого, где ρ=const и изменяется лишь максимальное напряжение в цикле.

При исследовании удобнее использовать однопараметрический цикл при ρ=0 (пульсирующий цикл), который легче всего моделировать в эксперименте.

Поэтому необходимо реальные двухпараметрические циклы приводить к однопараметрическому.

Для приведения к циклу при ρ=0 используется соотношение

где σ_max и σ_min – максимальные и минимальные напряжения в приводимом цикле;

σ₀ и σ_-1 – предел выносливости при ρ=0 и ρ=-1.

2. Изменение характеристик материала конструкций

В процессе эксплуатации изменяются физико-механические характеристики сталей мостов. Эти изменения характеризуются повышением прочностных свойств и ухудшением пластических.

Например, по результатам исследования металла раскоса пролетного строения, эксплуатировавшегося 65 лет, получены результаты, представленные в таблице.

Таблица

Характеристики металла	Ненапряженная зона	Напряженна зона
σвр, кг/мм2	40	41
σт, кг/мм2	24	25
ε, %	20	18
ах при t=20°C, мДж/м2	17	15

Помимо снижения ударной вязкости а_х наблюдается увеличение критической температуры t_кр .

Снижение ударной вязкости а_х увеличение критической температуры t_кр зависит от вида напряженного состояния (сжатие или растяжение) и направления действия силы (вдоль или поперек проката). Особенно неблагоприятно действие растяжнения.

Улучшение прочностных свойств работавшего металла происходит за счет наклепа, удаления из структуры азота и других причин. Ухудшение пластических свойств – за счет охрупчивания металла.

3. Износ заклепочных соединений

В процессе работы конструкции происходит износ заклепочных соединений и переход работы соединений из одной стадии в другую. Это приводит к росту коэффициента концентрации напряжений α_σ. Так как стадии работы зависят от величины максимального усилияв цикле и от выработки, которая определяется не только нагрузкой, но и числом циклов, приложенным к соединению, то изменение α_σ существенно сложно, и может быть представлено графически не на плоскости, а в пространстве.

По мере возрастания α_σ изменяется кривая усталости, о чем говорилось выше. Кривые усталости или прямые в логарифмических координатах при этом пересекаются в одной точке (при ρ=const).

При этом уравнение кривой усталости

сохраняется, но изменяется величина m.

Это учитывают, разбивая нагрузку на блоки 1,2,…i,…, а величину максимальных напряжений σ на интервалы ∆σ_к, в пределах которых α_σ можно считать постоянным

Для каждого i-ого блока вычисляют усталостное повреждение на всех интервалах ∆σ_К, где величина α_σ может считаться постоянной. Это усталостное повреждение ν_iк вычисляется по формуле (*), только пределами интегрирования являются границы интервала ∆σ_К. Просуммировав ν_iк по всем интервалам ∆σ_К, получим повреждение ν_iк для i-ого блока:

Полное усталостное повреждение будет