Испытания материалов на усталость. Кривая выносливости, предел усталости

При расчете деталей машин и сооружений, на которые действуют переменные напряжения, основной характеристикой прочности материала является предел усталости или предел выносливости.

Пределом усталости (выносливости) называется наибольшее напряжение, которое материал в состоянии выдержать при данной асимметрии цикла R неограниченно большое число циклов.

Для определения пределов усталости (выносливости) и выявления влияния на их величину различных факторов выполняют испытания материалов на усталость.

Испытания производят на испытательных машинах, позволяющих нагружать образец переменными нагрузками с частотой цикла 2000 – 3000 об/мин. Из данного материала изготавливают несколько специальных образцов. Затем первый из них устанавливают в машину и нагружают переменным симметрично изменяющимся напряжением. После некоторого числа циклов этот образец разрушается, машина автоматически выключается. Тогда берется второй образец и нагружается с меньшей амплитудой напряжения, чем был нагружен первый образец. Затем ставится третий, четвертый образец и т. д. Испытания заканчиваются, когда в результате постепенного снижения амплитуды напряжений и увеличения числа циклов найдется такая амплитуда напряжений, при которой очередной образец не разрушится при заданном числе циклов.

Опыты показали, что если стальной образец не разрушился после циклов, то он может перенести сколь угодно большое число циклов без разрушения. В результате испытаний строится кривая выносливости, общий вид которой приведен на рисунке 16.2.

Аналогичным образом, но на других машинах, проводят испытания и находят пределы выносливости при действии осевых сил , при кручениии при сложных деформациях.

Предел выносливости определяется как постоянная ордината участка кривой, где она становится параллельной оси абсцисс.

Рисунок 16.2

Для многих материалов в настоящее время пределы выносливости найдены и приводятся в справочниках. Их значения показывают, что для большинства металлов предел выносливости при симметричном цикле меньше предела текучести.

На основании большого числа испытаний сталей установлены следующие приближенные зависимости между пределами выносливости на изгиб, кручение и растяжение: ; .

Для приближенной оценки пределов усталости сталей при симметричных циклах по известному их пределу прочности можно пользоваться следующими зависимостями:

; ; .