Характеристики циклов напряжений

Механизм усталостного разрушения

С появлением первых машин стало известно, что под воздействием напряжений, переменных во времени, детали машин разрушаются при нагрузках меньших тех, которые опасны при постоянных напряжениях. С развитием техники, созданием быстроходных машин и механизмов стали обнаруживаться изломы осей вагонов, колес, рельсов, валов, шатунов и т.д. Изломы деталей происходили не сразу, а иногда после длительной работы машины или механизма. Возникло предположение, что под влиянием переменных напряжений материал с течением времени перерождается, как бы "устает" и вместо пластического становится хрупким.

На самом деле это не так. Сущность разрушения при переменных напряжениях заключается в том, что из-за неоднородности строения материала в каком-то месте появляется микротрещина. Она становится концентратором напряжений и с каждой сменой напряжений (циклом) увеличивается в размерах. Трещина уменьшает сопротивляющееся нагрузкам сечение детали до тех пор, пока деталь не разрушается от внешней нагрузки. В месте разрушения четко просматривается две зоны (см. рис. 1): 1 .зона постепенного развития трещины, 2.зона окончательного разрушения. Первая зона гладкая, притертая, так как в процессе развития трещины, частицы, находящиеся по разные стороны трещины, многократно соударялись при смене напряжений. Вторая зона шероховатая, потому что она образовалась из-за внезапного разрушения детали.

Способность материала сопротивляться переменным напряжениям (усталостному разрушению) называется выносливостью. Выносливость является важной характеристикой материала.