Кривые выносливости. Диаграммы предельных циклов

Механические характеристики материала, необходимые для расчетов на прочность при переменных нагрузках, определяют путем проведения специальных испытаний образцов на выносливость. Испытание проводят при неизменных значениях средних напряжений цикла. На основании полученных данных устанавливают зависимость между наибольшими напряжениями числом циклов N, которые выдерживает образец до разрушения. Эти зависимости представляют в виде графика, называемого кривой выносливости.

Для испытаний изготавливают партию совершенно одинаковых образцов из металла одной плавки в количестве не менее 10 штук. В первом образце с помощью специальной машины создают циклы переменных напряжений, характеризуемые значениями среднего напряжения = А ₁ и максимальным напряжением = . Чтобы разрушение образца произошло при малом числе циклов, величину напряжения принимают близкой к временному сопротивлению (≈ 0,7 – 0,8). После разрушения фиксируют число циклов N ₁, которое выдержал образец. Результат испытаний первого образца наносят на график в виде точки 1, абсцисса которой равна числу циклов N ₁, а ордината – значению напряжения (рис. 30.2.1).

Затем до разрушения испытывают второй образец при том же среднем напряжении = А ₁, но при максимальном напряжении . В результате испытания определяют число циклов N _II, которое выдержал образец, и на график наносят точку II с координатами N _II и . Постепенно снижая и оставляя неизменным средние напряжения = А ₁, аналогично испытывают остальные образцы данной партии. Так получают точки III, IV, V и т. д.

Затем соединяют точки I, II, III и т. д. и получают кривую выносливости, соответствующую принятому значению среднего напряжения = А ₁ (рис. 30.2.1).

Если при нагружении образца максимальные напряжения =, тоего разрушение произойдет при однократном нагружении. Следовательно, кривая выносливости должна пересекать ось ординат в точке с = .

Как видно из рис. 30.2.1, кривая выносливости показывает, что с уменьшением максимального напряжения возрастает число циклов, которое выдерживает материал до разрушения. Кривая выносливости для стали имеет горизонтальную асимптоту, следовательно, при заданном значении среднего напряжения имеются такие максимальные напряжения , равные ординате асимптоты, при которых материал не разрушается, как бы велико ни было число циклов. Максимальное напряжение , которое равно ординате асимптоты, называют пределом выносливости и обозначают , где индекс R имеет значение коэффициента асимметрии цикла.

Для более точного построения асимптоты потребуется точка при достаточно большом значении числа N. Проведение такого опыта зай­мет много времени. Практически в нем нет необходимости. Дело в том, что после некоторого числа циклов (равного нескольким миллионам) ординаты кривой выносливости для сталей почти не меняются. В связи с этим число циклов при испытании ограничивают некоторым пределом, N _б который называют базовым числом циклов. Например, для стали и чугуна принимают N _б = 10·10⁶. Таким образом, в действительности при заданном (или R) пределом выносливости является то наибольшее напряжение , при котором материал, не разрушаясь, выдерживает базовое число циклов.

Кривые выносливости для цветных металлов и сплавов не имеют горизонтальной асимптоты и, следовательно, такие материалы могут быть разрушены при достаточно большом числе циклов даже при малых напряжениях. Поэтому для цветных металлов определяют условный предел выносливости, соответствующий числу циклов N _б = 100·10⁶.

Величина предела выносливости для углеродистой стали при симметричном цикле ≈ 0,43, т. е. существенно меньше предела прочности.

Дата добавления: 2014-01-07