Использование характеристик сопротивления усталости, полученных при стационарном нагружении (), не обеспечивает достаточно высокой точности в оценке долговечности при нестационарном нагружении и поэтому по результатам программных испытаний на усталость определяются соответствующие характеристики усталости, учитывающие влияние изменчивости величины действующих напряжений.
Основной задачей программирования усталостных испытаний является воспроизведение режима испытаний, достаточно близкого к эксплуатационному как по распределению амплитуд циклов, так и по характеру их чередования.
Основой такого программирования является сохранение эквивалентности испытательного и эксплуатационного режимов по степени создаваемогоимиусталостного повреждения при одинаковом общем числе циклов нагружения до разрушения. Практически замена эксплуатационного спектра с произвольным характером чередования амплитуд напряжений некоторым упорядоченным производится с таким расчетом, чтобы каждый уровень спектра нагрузок за время испытаний воспроизводился не менее 10—20 раз. Это означает, что весь предполагаемый ресурс работы детали (или долговечность) разбивается на 10—20 и больше одинаковых блоков, в пределах каждого из которых уровень амплитуд напряжений изменяется от. минимального до максимального в .соответствии с характером спектра. Изменение амплитуд циклов нагружения может быть выполнено непрерывным (с использованием, например, профильных кулачков при испытании на изгиб с вращением), либо ступенчатым.
Верхний уровень напряжений спектра определяется в соответствии с величинами возможных максимальных напряжений в эксплуатации, а нижний уровень программируемого режима—с учетом минимальных повреждающих нагрузок. Экспериментально установлено, что минимальными повреждающими напряжениями оказываются напряжения, составляющие . После установления верхней и нижней границ спектра нагружения, весь диапазон изменения амплитуд напряжений в пределах разбивается на разные интервалы (ступени). Рекомендуется, чтобы число ступеней нагрузки в блоке было не менее 6—8. Достаточно подробно вопросы программирования режимов нагружения при испытаниях на усталость рассмотрены в литературе, в том числе обзорной [13].
Программа нагружения составляется следующим образом. За исходные данные принимается эксплуатационный спектр нагрузки, получаемый в результате статистической обработки достаточно представительных по количеству данных тензометрирования в условиях эксплуатации. Пусть, например, спектр нагружения описывается логарифмически нормальным законом с параметрами: среднее значение и среднее квадратическое отклонение . На рис. 15 представлена кривая усталости детали с пределом выносливости при циклов и показателем степени кривой m=3,6 (кривая 1) и эксплуатационный спектр нагружения в интегральной форме с суммарным числом циклов =107 (кривая 2). Нижняя граница повреждающих напряжений ; верхней границе для рекомендуемой вероятности 10-5 соответствует напряжение . При 6 равных интервалах напряжений
определяются их уровни ; середины интервалов и вычисляются вероятности действия напряжений и меньших. Затем вычисляются вероятности действия напряжений в интервале ; как разность смежных значений и определяется число циклов действия напряжений данной ступени за все время
испытания и число циклов в одном блоке , где z — число блоков.
Как указывалось, число блоков . Ниже приведены результаты расчета при z=15.
Форма полученного блока нагружены приведена на рис. 15 (кривая 3). Испытания на усталость с программным нагруженном проводятся на специальных машинах, оснащенных программными устройствами [13].
Сопротивление усталости при нестационарном (программном) нагружении
характеризуется суммой относительных долговечностей, которая выражается
следующим образом:
где А—сумма относительных долговечностей;
—число циклов действия напряжений ;
—число циклов действия напряжений до разрушения;
— кривая накопленного числа циклов;
—функция распределения действующих напряжений
Условие суммирования позволяет вычислять запас прочности по напряжениям и по долговечности при нестационарном нагружении [9].