Основы технической механики и слесарных работ.

Основы технической механики и слесарных работ.

Тема 3.1.2. Основные понятия об усталостной прочности. Циклические нагрузки.

Усталость материала - постепенное накопление повреждений в материале под действием переменных напряжений, приводящих к образованию трещин в материале и разрушению. Усталостное разрушение - разрушение материала под действием повторно-переменных напряжений. Выносливость - способность материала сопротивляться усталостному разрушению.

Механизм усталостного разрушения во многом связан с неоднородностью структуры материалов. В связи с неоднородностью при переменных напряжениях на границах отдельных включений и вблизи микроскопических пустот и различных дефектов возникает концентрация напряжений, которая приводит к микропластическим деформациям сдвига некоторых зерен металла, затем происходит развитие сдвигов в микротрещины, их рост и слияние, появляется одна или несколько макротрещин, которая достаточно интенсивно растет. Края трещины под действием переменной нагрузки притираются друг об друга, и поэтому зона роста трещины отличается гладкой - полированной поверхностью. По мере роста трещины поперечное сечение детали все больше ослабляется, и наконец, происходит внезапное хрупкое разрушение детали.

Усталостная прочность материалов при повторно-переменном нагружении во многом зависит от характера изменения напряжений во времени. Важным фактором влияния являются периодические нагрузки. Это переменные нагрузки с установившимся во времени характером изменения, значения которой повторяются через определенный промежуток времени. Цикл напряжений (циклические нагрузки) - это совокупность всех значений переменных напряжений за время одного периода изменения нагрузки.

Для каждого материала существует так называемый предел усталостной прочности, который предполагает возможность выдерживать нагрузки бесконечное число циклов. На усталостную прочность влияют не только число циклов и величина действующей нагрузки, но и амплитуда напряжений в материале, возникающая в результате действующей переменной во времени нагрузки. Таким образом, в некоторых случаях, для определения усталостной прочности необходимо брать амплитуду изменения напряжения, а не максимально зафиксированное напряжение по модулю. На усталостную прочность влияют такие факторы, как: эффективный коэффициент концентрации напряжений, масштабный фактор, фактор поверхности. При решении задач на усталостную прочность обычно определяют коэффициент запаса усталостной прочности.