Явление усталости

Тела, подвергающиеся периодически изменяющимся нагруз­кам, по истечении определенного числа циклов разрушаются. Такое явление называют усталостью материала. Способность ма­териала сопротивляться достаточно большому числу циклов пе­риодически повторяющейся нагрузки называют выносливостью. Периодически изменяющиеся нагрузки вызывают напряжения, которые также изменяют свои величины периодически. Например, периодический характер изменения растягивающих и сжимаю­щих напряжений при одноосном растяжении — сжатии мо­жет быть изображен графиком, показанным на (рис.6). Этот периодический процесс характеризуется максимальным и мини­мальным напряжениями цикла (σmax и σmin), амплитудой цикла , средним напряжением ,коэффициентом несимметрии цикла периодом Т или частотой цикла .

Для знакопеременного симметричного цикла σ_max=-σ_min и r=-1; для статической нагрузки r=1.

рис.6 рис.7

Сопротивление материала усталостным разрушениям можно определить на основании кривой Велера. Эта кривая строится на основании следующих опытных данных. Пусть одинаковые образцы при одинаковых условиях подвергаются периодическому знакопеременному симметричному растяжению— сжатию таким образом, что амплитуда напряжений, оставаясь постоянной для каждого образца, меняется от одного образца к другому. Каждый образец до разрушения выдерживает N циклов при некотором наибольшем напряжении σ. Откладывая число N по горизонтали, а величину σ по вертикали, получим кривую Велера (рис.7). Различные железные сплавы характеризуются кри­вой Велера, имеющей асимптоту σ=σ₀.

Следовательно, при симметричном цикле нагружения образца с наибольшим напряжением σ < σ ₀ он может выдержать без раз­рушения неограниченное число циклов. Если же наибольшее на­пряжение в образце σ > σ ₀, то он разрушается при конечном числе циклов N, которое дает диаграмма Велера. Напряжение σ ₀ назы­вают пределом усталости.

Для сталей предел усталости при симметричном цикле растя­жения — сжатия составляет 30-50% от временного сопротив­ления.

Так как неограниченное число циклов осуществить нельзя, то для установления значения предела усталости задаются опреде­ленным достаточно большим числом циклов и определяют наи­большее напряжение, при котором образец, проходя через все число циклов, не разрушается. Для сталей такое число циклов, или базу испытаний, принимают в пределах 10⁶—10⁷ циклов, для цветных металлов — в пределах (5—7) 10⁷ циклов.