ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ - раздел Физика, СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ На Величину Предела Выносливости Влияют Многие Факторы. Рассмотрим Влияние На...
На величину предела выносливости влияют многие факторы. Рассмотрим влияние наиболее важных из них, которые обычно учитываются при оценке усталостной прочности.
Концентрация напряжений. Усталостные трещины, как правило, возникают в местах концентрации напряжений.
Степень концентрации напряжений оценивается коэффициентами концентрации (см. гл. XVIII). Различают теоретический ασ и эффективный kσкоэффициенты концентрации.
Напомним, что при определении ασпредполагается, что материал образца изотропный и упругий. Реальные особенности материала (неоднородность, способность к пластическим деформациям) при этом не учитываются.
При оценке влияния концентрации напряжений на усталостную прочность образца из реального материала определяют предел выносливости при симметричных циклах на гладких образцах и на образцах тех же размеров, но с наличием надрезов (с концентрацией напряжений) . Отношение двух указанных величин обозначают kσи называют эффективным коэффициентом концентрации. Эта величина зависит от степени концентрации напряжений, от качества металла и от размеров детали.
Эффективный коэффициент концентрации kσ, учитывающий реальные особенности материала, меньше теоретического ασ. Снижение эффекта концентрации напряжений за счет реальных свойств материала при циклических нагрузках оценивается так называемым коэффициентом чувствительности q, который равен
(19.12)
Чем выше механические свойства стали, тем больше коэффициент чувствительности. Для высокопрочных сталей q1. Это значит, что нет разницы между теоретическим и эффективным коэффициентом концентрации напряжений. В этом случае прочность детали снижается пропорционально величине ασ. Для углеродистых сталей q0,6–0,8, для чугуна q = 0. На рис. 448 приведены графики значений коэффициентов чувствительности в зависимости от предела прочности материала и теоретического коэффициента концентрации напряжений.
На рис. 449 приведены данные зависимости предела выносливости от состояния поверхности образца. Предел выносливости образца с полированной поверхностью принят за 100 % (прямая 1). Кривая 2 относится к шлифованной поверхности, а кривая 3 – к поверхности, полученной при обработке резцом. Кривая 4 соответствует поверхности, на которую нанесена насечка, а кривая 5 – поверхности, полученной при прокатке. Кривые 6 и 7 относятся к поверхности, корродированной соответственно в обычной и морской воде. По оси абсцисс отложены пределы прочности стали σВ. Как видим, снижение предела выносливости тем больше, чем грубее поверхностная обработка детали, причем это снижение более значительно для материалов с высокими пределами прочности. Влияние поверхностной обработки связано с тем, что более грубая поверхность детали создает дополнительные места концентрации напряжений и, следовательно, более благоприятные условия для появления микротрещин. Именно поэтому наиболее ответственные детали механизмов и машин часто полируют.
Усталостная прочность детали повысится, если поверхность ее специально обработать. Существует несколько способов обработки поверхностей: цементация, закалка токами высокой частоты, обкатка роликами при больших давлениях и др. Качество поверхностного слоя оценивается коэффициентом поверхностной чувствительности β. Этот коэффициент определяется как отношение предела выносливости при симметричных циклах образца с данной поверхностью к пределу выносливости образца с полированной поверхностью.
Абсолютные размеры детали. Экспериментами установлено, что размеры образца существенно елияют на величину предела выносливости. С увеличением размеров предел выносливости уменьшается. Так, например, предел выносливости для стали, идущей на изготовление вагонных осей, определенный в лаборатории на образцах диаметром d = 7,5 мм, равен 2300 кгс/см2. В действительности предел выносливости вагонной оси с диаметром D = 170 мм составляет 1200 кгс/смг, что почти вдвое меньше лабораторных результатов.
До настоящего времени этому факту нет полного объяснения.
Существует несколько предположений. По одному из них считают, что в больших образцах с большим объемом материала больше дефектных мест (раковины, микротрещины, неметаллические включения, следы от обработки поверхности), которые снижают предел выносливости, а в малых образцах дефектных мест меньше.
Рис. 449
Рис. 448
Изменение величины предела выносливости в связи с изменением размеров образцов оценивается так называемым масштабным коэффициентом εσ. Масштабным коэффициентом называют отношение предела выносливости детали к пределу выносливости образца диаметром 6–12 мм. При этом считают, что состояние поверхности детали и образца одинаково. Масштабный коэффициент зависит от материала, качества поверхностной обработки детали, наличия у детали источников концентрации напряжений.
Внешняя среда. Усталостная прочность детали зависит от среды, в которой находится деталь. Коррозионная среда (вода, соленая вода, кислоты, пары) резко снижает усталостную прочность. Применение защитных покрытий поверхностей (окраска, металлизация, азотирование, цементация, цинкование и др.) уменьшает эффект коррозионной среды. Высокие температуры уменьшают, а низкие несколько повышают усталостную прочность, однако нужно иметь в виду, что при низких температурах резко снижается ударная хрупкость металла.
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Для того чтобы судить о работе изгибаемых балок; недостаточно знать только напряжения, которые возникают в сечениях балки от заданной нагрузки.
Вычисленные напряжения позволяют проверить п
КОСОЙ ИЗГИБ
Косым изгибом называется такой случай изгиба бруса, при котором плоскость действия суммарного изгибающего момента в сечении не совпадает ни с одной из главных осей инерции. Короче говоря, в
ОДНОВРЕМЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИЗГИБА И ПРОДОЛЬНОЙ СИЛЫ
Очень многие стержни сооружений и машин работают одновременно как на изгиб, так и на растяжение или сжатие. Простейший случай показан на рис. 285, когда на колонну действует нагрузка, вызывающая в
ВНЕЦЕНТРЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ПРОДОЛЬНОЙ СИЛЫ
Рис. 288
1. Определение напряжений. Рассмотрим случай внецентренного сжатия массивных колонн (рис. 288). Такая задача очень часто встречается в мосто
ОДНОВРЕМЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ КРУЧЕНИЯ С ИЗГИБОМ
Одновременное действие кручения с изгибом чаще всего встречается в различных деталях машин. Например, коленчатый вал воспринимает значительные крутящие моменты и, кроме того, работает на изгиб. Оси
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При оценке прочности различных конструкций и машин часто приходится учитывать, что многие их элементы и детали работают в условиях сложного напряженного состояния.
В гл. III было установле
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ПРОЧНОСТИ
Энергетическая теория основывается на предположении о том, что количество удельной потенциальной энергии деформации, накопленной к моменту наступления предельного напряженного с
ТЕОРИЯ ПРОЧНОСТИ МОРА
Во всех рассмотренных выше теориях в качестве гипотезы, устанавливающей причину наступления предельного напряженного состояния, принималась величина какого-либо одного фактора, например напряжения,
ОБЪЕДИНЕННАЯ ТЕОРИЯ ПРОЧНОСТИ
В данной теории различают два вида разрушения материала: хрупкое, которое происходит путем отрыва, и вязкое, наступающее от среза (сдвига) [‡‡].
Напряжени
ПОНЯТИЕ 0 НОВЫХ ТЕОРИЯХ ПРОЧНОСТИ
Выше были изложены основные теории прочности, созданные за длительный период, начиная со второй половины XVII и до начала XX в.
Необходимо отметить, что помимо изложенных существует большо
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Тонкостенными называют стержни, длина которых значительно превышает основные размеры b или h поперечного сечения (в 8— 10 раз), а последние, в свою очередь, значительно превосходят (также в
СВОБОДНОЕ КРУЧЕНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ
Свободным кручением называется такое кручение, при котором депланация всех поперечных сечений стержня будет одинаковой.
Так, на рисунке 310, а, б показан стержень, нагруженны
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
В строительной практике и в особенности в машиностроении часто встречаются стержни (брусья) с криволинейной осью. На рисунке 339
РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ КРИВОГО БРУСА
В отличие от прямого бруса внешняя сила, приложенная нормально к какому-либо сечению кривого бруса, в других его сечениях вызывает изгибающие моменты. Поэтому только растяжение (или сжатие) кривого
ЧИСТЫЙ ИЗГИБ КРИВОГО БРУСА
Для определения напряжений при чистом изгибе плоского кривого бруса, так же как для прямого бруса, считаем справедливой гипотезу плоских сечений. Определяя деформации волокон бруса, пренебрегаем на
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
В предыдущих главах рассматривались методы определения напряжений и деформаций при растяжении, сжатии, кручения и изгибе. Были также установлены критерии прочности материала при сложном сопротивлен
МЕТОД ЭЙЛЕРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ СИЛ. ВЫВОД ФОРМУЛЫ ЭЙЛЕРА
Для исследования устойчивости равновесия упругих систем имеется несколько методов. Основы и техника применения этих методов изучаются в специальных курсах, посвященных проблемам устойчивости различ
ПРЕДЕЛЫ ПРИМЕНИМОСТИ ФОРМУЛЫ ЭЙЛЕРА. ФОРМУЛА ЯСИНСКОГО
Формула Эйлера, полученная более 200 лет назад, долгое время являлась предметом дискуссий. Споры длились около 70 лет. Одной из главных причин споров явилось то обстоятельство, что формула Эйлера д
ПРАКТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СЖАТЫХ СТЕРЖНЕЙ
При назначении размеров сжатых стержней в первую очередь приходится заботиться о том, чтобы стержень в процессе эксплуатации при действии сжимающих сил не потерял устойчивость. Поэтому напряжения в
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Во всех предыдущих главах курса рассматривалось действие статической нагрузки, которая прикладывается к сооружению настолько медленно, что возникающие при этом ускорения движения частей сооружения
УЧЕТ СИЛ ИНЕРЦИИ ПРИ РАСЧЕТЕ ТРОСА
Рассмотрим расчет троса при подъеме груза весом G с ускорением а (рисунок 400). Вес 1 м троса обозначим q. Если груз неподвижен, то в произвольном сечении каната mn возникает статическое усилие от
РАСЧЕТЫ НА УДАР
Под ударом понимается взаимодействие движущихся тел в результате их соприкосновения, связанное с резким изменением скоростей точек этих тел за весьма малый промежуток времени.
Время удара
ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ
Если на систему действует сила Р (t), изменяющаяся во времени по какому-либо закону, то колебания балки, вызванные действием этой силы, называют вынужденными. После приложения силы инерции б
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ
Выведенные в предыдущих главах формулы для определения напряжений при растяжении, кручении и изгибе справедливы только в том случае, когда сечение отстоит на достаточном расстоянии от мест резкого
ПОНЯТИЕ ОБ УСТАЛОСТНОМ РАЗРУШЕНИИ И ЕГО ПРИЧИНЫ
С появлением первых машин стало известно, что под воздействием напряжений, переменных во времени, детали машин разрушаются при нагрузках меньше тех, которые опасны при постоянных напряжениях. С раз
ВИДЫ ЦИКЛОВ НАПРЯЖЕНИЙ
Рис. 439
Рассмотрим задачу об определении напряжений в точке К, распо
ПОНЯТИЕ О ПРЕДЕЛЕ ВЫНОСЛИВОСТИ
Надо иметь в виду, что не любые по величине переменные напряжения вызывают усталостное разрушение. Оно может наступить при условии, если переменные напряжения в той или иной точке детали превзойдут
ДИАГРАММА ПРЕДЕЛЬНЫХ АМПЛИТУД
Экспериментально установлено, что предел выносливости при асимметричном цикле больше, чем при симметричном, и зависит от степени асимметрии цикла:
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ
В расчетах на прочность при переменных напряжениях прочность детали принято оценивать по величине фактического коэффициента запаса п, сравнивая его с допускаемым коэффициентом запаса [n
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
при симметричных циклах на гладких образцах и на образцах тех же размеров, но с наличием надрезов (с концентрацией напряжений) 
. Отношение двух указанных величин 
обозначают kσ и называют эффективным коэффициентом концентрации. Эта величина зависит от степени концентрации напряжений, от качества металла и от размеров детали.
(19.12)
1. Это значит, что нет разницы между теоретическим и эффективным коэффициентом концентрации напряжений. В этом случае прочность детали снижается пропорционально величине ασ. Для углеродистых сталей q
0,6–0,8, для чугуна q = 0. На рис. 448 приведены графики значений коэффициентов чувствительности в зависимости от предела прочности материала и теоретического коэффициента концентрации напряжений.
Существует несколько предположений. По одному из них считают, что в больших образцах с большим объемом материала больше дефектных мест (раковины, микротрещины, неметаллические включения, следы от обработки поверхности), которые снижают предел выносливости, а в малых образцах дефектных мест меньше.
Новости и инфо для студентов