повреждений – При действии циклически изменяющихся нагрузок возникающие напряжения, превышающие
определенный предел, вызывают образование и накопление повреждений. Этот необратимый процесс приводит к образованию трещины. Концентрация напряжений на краю трещины способствует дальнейшему ее развитию. При достижении длины трещины критического значения скорость продвижения трещины резко возрастает и конструкция разрушается изломом, идентичному хрупкому разрушению, даже при пластичных материалах. Последнее обстоятельство (факт хрупкого разрушения пластичных материалов) дало повод к предположению, что под влиянием переменных напряжений материал со временем постепенно перерождается, как бы “устает”.Процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием переменных напряжений, приводящих к образованию трещины и разрушению, называется усталостью.
Свойство материала противостоять усталости называется выносливостью.
Механизм усталостного разрушения – Процесс усталостного разрушения связан со структурной неоднородностью материала ( вариация размеров, формы и расположения отдельных зерен металла, ориентации кристаллографических плоскостей, наличие различных включений, дефекты кристаллической решетки и т.п.). При переменных напряжениях, даже не превосходящих в среднем по некоторой области предела пропорциональности, возникает в отдельных точках с неблагоприятным сочетанием неоднородностей, пластическая деформация – деформация сдвига по некоторым плоскостям под действием касательных напряжений с образованием микротрещин, которые далее под действием нормальных напряжений развиваются и сливаются между собой с образованием макротрещин.
Поверхность усталостного излома состоит из двух заметно
отличающихся друг от друга зон: зона постепенного развития
трещины – имеет гладкую поверхность с полосками, отражающими периоды роста трещины, зона хрупкого излома
– имеет крупнозернистое строение.
На рис.1 -3 показаны усталостное разрушение различных деталей – вала со шпоночной канавкой (трещина начала расти из левого ее угла), рельса (трещина начала расти на глубине 10 мм), вагонной оси (трещина начала расти из подповерхностного слоя).
1
2
3
Циклы напряжений и их параметры – Усталостная прочность материалов
при переменных напряжениях зависит от вида напряженного состояния и от характера
изменения напряжений в времени.
Определим напряжения в произвольной точке K на поверхности вагонной оси,
вращающейся с некоторой постоянной угловой скоростью z:
x
K
σа - максимальные напряжения в точках 1 (-), 2 (+)
zt
1
2