Динамическое, циклическое нагружение, понятие предела выносливости.

Любой цикл может быть представлен как результат наложения постоянного напряжения σ _m на напряжение, меняющееся по симметричному циклу с амплитудой σ _a. Очевидно, при этом

σ _m = (σ _max +σ _min)/2

σ _a = (σ _max -σ _min)/2

что кристаллическое зерно, сохраняя в основном свою форму и связь с соседними зернами, постепенно разделяется на части полуразрушенными разрыхленными прослойками, имеющими определенную ориентацию. Способность материалов противостоять такому виду разрушения называется выносливостью. коэффициентом асимметрии цикла: σ _min / σ _max =R_σ В случае, когда σ _max = - σ _min, R_σ =-1, и цикл называется симметричным. С таким циклом, к такому циклу относится пример вращающейся оси вагона. Если σ _max =0 или же σ _min =0, цикл называется пульсационным. Для пульсационного цикла R_σ=0 или R_σ= -∞. Циклы, имеющие одинаковые показатели R_σ, называются подобными.

Понятие усталости материалов, факторы, влияющие на устойчивость к усталостному разрушению.

Многие детали машин в процессе работы испытывают напряжения, циклически меняющиеся во времени при этом часто после некоторого числа циклов может наступить разрушение детали, в то время как при том же неизменном во времени напряжении разрушения не происходит, данное свойство принято называть усталостью материалов.

для оценки усталостного разрушения в условиях заданного цикла достаточно знать только величины

σ _max и σ _min или σ _mи σ _a_.

Способность материалов противостоять такому виду разрушения называется выносливостью. наибольшее значение максимального напряжения цикла, при котором образец не разрушается до базы испытания. Это напряжение называется пределом выносливости. Качество обработки поверхности, учитывается при расчетах на усталостную прочность введением коэффициента качества поверхности K_F = σ `_-1 / σ _-1где σ _-1 — предел выносливости тщательно полированных образцов, σ `_-1 — предел выносливости для серии образцов, имеющих шероховатость, которая измеряется в мкм. Шероховатость 12 мкм примерно соответствует тонкой обточке образца на токарном станке. Для повышения предела выносливости в промышленности уже давно применяют методы поверхностного упрочнения деталей, обработка создает двоякий эффект. Во-первых, повышается прочность поверхностного слоя, но сохраняется вязкость нижележащих слоев, во-вторых, в поверхностном слое создаются остаточные сжимающие напряжения, препятствующие образованию трещины.

Влияние концентрации напряжений на прочность при циклическом нагружении.

Одним из основных факторов, которые необходимо учитывать при практических расчетах деталей на циклическую прочность, является концентрация напряжений. Исследования показывают, что в области резких изменений в форме упругого тела (внутренние углы, отверстия, выточки), а также в зоне контакта деталей возникают повышенные напряжения.

Описанная особенность распределения напряжений получила название концентрации напряжений. Зона повышенных напряжений ограничена узкой областью очага концентрации, и в связи с локальным характером распространения эти напряжения называются местными. Основными показателями местных напряжений являются теоретические коэффициенты концентрации напряжений:

для нормальных напряжений

α _σ =σ _max / σ _ном

для касательных напряжений (кручение вала)

α _τ =τ _max / τ _ном

где σ _max и τ _max — наибольшие местные напряжения, σ _ном и τ _ном — так называемые номинальные напряжения. установить соотношение между эффективным и теоретическим коэффициентами концентрации в виде

К_σ = 1+q(α _σ – 1)

где q — так называемый коэффициент чувствительности материала к местным напряжениям.

Коэффициент запаса.

Учитывая свойства материала конструкции напряжение определяется по схеме σ _m_ах = σ _L/n где σ _L - некоторое предельное для данного материала напряжение, n — число, большее единицы, называемое коэффициентом запаса или просто запасом. фактический коэффициент запаса: n = σ _L/ σ _m_ах Если этот запас удовлетворяет требованиям, считается, что поверочный расчет дал положительный результат. Выбор величины σ _L чаще всего зависит от эксплуатационных требований.Если необходимо избежать заметных остаточных деформаций, за величину σ _L для пластичных материалов принимается обычно предел текучести. Тогда наибольшее рабочее напряжение составляет n-ю долю от σ _тили σ _тр. Коэффициент в этом случае обозначается через n_т и называется коэффициентом запаса по текучести. Для хрупких, а в некоторых случаях и для умеренно пластичных материалов за σ _L принимается предел прочности σ _врили σ _вс соответственно получаем n_в= σ _вр/ σ _m_ах где n_в — коэффициент запаса по пределу прочности. Если расчет ведется по предельной нагрузке, то аналогично может быть введено понятие запаса по предельной нагрузке n= P_L/ Р_раб где P_L и Р_раб -— предельная и рабочая нагрузки. Если расчет ведется на жесткость n= δ _L/ δ _раб; где δ _L и δ _раб— предельное и рабочее перемещения.

Коэффициент Пуассона.

Экспериментально установлено, что в пределах применимости закона Гука поперечная деформация пропорциональна продольной,

ε _попер=μ ε _прод

где μ —безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом Пуассона. Величина μ характеризует свойства материала и определяется экспериментально. Для всех металлов числовые значения μ лежат в пределах 0, 25-0, 35 и вообще не может превышать 0, 5.

Закон Гука.

перемещения в определенных пределах пропорциональны действующим силам. Эта закономерность была дана Гуком в 1660 году в формулировке «каково удлинение, такова сила».

Если рассмотреть перемещение произвольно взятой точки А по некоторому направлению, например по оси х, то

UА= δ _Х P

где Р — сила, под действием которой происходит перемещение и_А, а δ _X — коэффициент пропорциональности между силой и перемещением

Очевидно, этот коэффициент зависит как от физических свойств материала, так и от взаимного расположения точки А и точки приложения силы. Таким образом, выражение следует рассматривать как закон Гука для системы. Коэффициенты пропорциональности в этом случае представляют собой физические константы материала и уже не связаны с геометрическими особенностями системы в целом. Закон, таким образом, выражает свойства самого материала. . γ _α = 2 (1+μ ) τ _α /Е. Это соотношение в случае изотропного материала является единым для всех типов напряженных состояний и носит название закона Гука для сдвига.

Твердость.

твердостью понимается способность материала противодействовать механическому проникновению в него посторонних тел. Понятно, что такое определение твердости повторяет, по существу, определение прочности. В материале при вдавливании в него постороннего тела возникают местные пластические деформации, сопровождающиеся при дальнейшем увеличении сил местным разрушением. Поэтому показатель твердости связан с показателями прочности и пластичности и зависит от конкретных условий ведения испытания. Путем проведения большого числа экспериментов создают переводную таблицу, при помощи которой можно приближенно по показателю твердости определить предел прочности материала. Таким образом, в результате пробы на твердость удается определить прочностные показатели материала, не разрушая детали.

Предыдущая 1 2 3 456 7 Следующая