4,5. Методы механических испытаний при приложении цикличе­ских и ударных нагрузок.

На многие детали машин и элементы конструкций действуют динами­ческие нагрузки в режиме колебаний, т.е. повторно-переменные нагрузки разного вида. Подобное нагружение может привести к тому, что после оп­ределенного числа циклов нагруження происходит разрушение, хотя номи­нальные напряжения в детали не превышали статического предела упруго­сти. Это явление часто называют усталостью, а вызванное им разрушение -усталостным. Сопротивление, материала или детали процессу накопления повреждений при циклическом нагружении определяется пределом вынос­ливости. Уже в середине прошлого столетия Велер разработал методику испытаний на усталость, которая находит применение (испытания по Веле-ру) до настоящего времени..Испытания на усталость проводят при синусоидальном циклическом нагружении. Процесс нагружения характеризуют следующие показатели:

• максимальное напряжение цикла σ_max - наибольшее по алгебраиче­ской сумме величина напряжений;

• минимальное напряжение цикла σ_min - наименьшая по алгебраической сумме величина;

• среднее напряжение σ_т =( σ_max .+ σ_min)/2 ;

• амплитуда напряжения цикла σ_а =( σ_max .- σ_min)/2

• коэффициент асимметрии R_a=. σ_max/ σ_min

Если минимальное и максимальные напряжения цикла не равны по ве­личине, то он называется асимметричным.

Если напряжения меняются по величине и знаку, то цикл считается симметричным, если только по величине - знакопостоян­ным. Чаще используют симметричный знакопеременный.

Х арактеристикой усталостной прочности материала является предел выносливости σ_R. Это значение напряжения, которое

образец выдерживает без разрушения или без недопустимой деформации в течение сколь угодно длительного нагружения или, по меньшей мере, в течение заранее установленного числа циклов - так называемой базы испытания ( 10⁸).

Для определения предела выносливости проводят серию испытаний при нагружении с различными нагрузками. При этом среднее напряжение цикла σ_m или минимальное напряжение цикла σ_min поддерживаются постоянными, в то время как амплитуда напряжения а_a или максимальное напряжение цикла a_max последовательно понижаются так, чтобы по результатам испытаний можно было установить предел выносливости. По результатам испытания отдель­ных образцов строят кривую усталости в координатах максимальное на­пряжение цикла σ_мах (или амплитуда напряжений σ_а ) - долговечность N.

Испытания при приложении ударных нагрузок

В условиях эксплуатации часто возникают ударные воздействия, на­пример при переезде транспортных средств через выбоины, при формиро­вании железнодорожных составов, при взлете и посадке самолетов. Попа­дание в цель и взрыв снарядов, высокоскоростная обработка материалов также приводят к ударным нагрузкам различной величины. В таких случаях для характеристики поведения материала необходимо провести испытания с использованием ударной нагрузки. При большой скорости деформации происходит образование ударной волны, при этом характерное для низких скоростей деформации плоское напряженное состояние переходит в плос­кое деформированное состояние.

Увеличение скорости деформации вызывает повышение напряжения течения. Разумеется, более существенным моментом при этом является снижение вязкости, вызывающее появление макроучастков хрупкого изло­ма. В металлах эти участки излома можно определить по кристаллическим блестящим поверхностям разрушения, так как плоскости спайности кри­сталлов интенсивно отражают свет. В отличие от них сильно деформиро­ванные участки вязкого излома имеют матовый, волокнистый вид. Причи­ной появления хрупкого излома могут быть также низкие температуры и многоосное напряженное состояние. Следует также учитывать, что вязкость материала сильно зависит от его структуры и свойств. При приложении ударных нагрузок проводят следующие испытания: испытания на ударное растяжение и ударное сжатие; испытание на ударное кручение; испытание на ударный изгиб.