ОПІР МАТЕРІАЛІВ Семестр - 2 Лекція - 1 2

Лекція - 12

проїздив я містечко Шаріте, як раптово, нібито щоб покарати за

те, що я весь ранок думаю про пошкодження, до яких є схильним залізо, вісь моєї коляски несподівано зламалась... Я уважно оглянув структуру заліза в місці зламу вісі; залізо стало крупнозернистим, мабуть тому, що вісь служить вже давно".
В ті часи інженери вже усвідомлювали, що метал може іноді "зношуватися", і подібно Стендалю, вони помічали, що поломка настає раптово, а метал в місці зламу має "зернисту" структуру.

Більше ніж сто років тому Мері - Анрі Бейль (1783-1842), відомий всьому світу як Стендаль, написав у своїх «Нотатках туриста»:

чином, експериментальні дослідження і чисельні поломки деталей машин вказують, що

при змінних навантаженнях матеріал руйнується при напруженнях значно менше, ніж при статичних навантаженнях, і в цьому випадку напруження руйнування може бути нижчим не тільки границі міцності, але і границі текучості і пружності матеріалу.
Отже, границя міцності σв і границя текучості σт не можуть бути характеристиками міцності матеріалу при змінних напруженнях.
При розрахунках на міцність в машинобудуванні використовується інша характеристика міцності матеріалу, а саме, границя втоми, або витривалості, яка визначається з випробувань матеріалу при змінних напруженнях.

рівень змінних напружень перевищує границю витривалості, то у матеріалі деталі

відбувається процес поступового накопичення пошкоджень, який призводить до утворення тріщин, їх розвитку і в кінці кінців до руйнування деталі.
Цей процес називають втомою матеріалу, а відповідне руйнування – втомним.

Проблема попередження втомних руйнувань актуальна для всіх галузей машинобудування, особливо для тих, де аварії призводять до катастрофічних наслідків (авіація, залізничний, морський транспорт і т.ін).

багатоциклову і малоциклову втому
Чисельні експериментальні дослідження засвідчували, що поведінка матеріалу

при циклічному навантажуванні нижче границі текучості і вище її різко відрізняються одна від одної. У зв’язку з цим розрізняють багатоциклову і малоциклову втому.
Під багатоцикловою втомою розуміють втому матеріалу, за якої втомне пошкоджування і руйнування відбуваються без помітного накопичення деформацій (головним чином за пружної деформації).
Малоциклова втома – це втома матеріалу, за якої втомне пошкоджування і руйнування відбуваються в основному під час пружнопластичного деформування.
Принциповою відмінністю малоциклової втоми від багатоциклової є наявність пластичних деформацій у кожному циклі деформування.

втоми

втоми, продовження
Для різних матеріалів і умов навантажування величина цих областей

за кількістю циклів та інтервали по напруженням можуть бути різними, але загальна форма кривої зберігається.
На ділянці I де напруження близькі до границі міцності руйнування відбувається в результаті направленого пластичного деформування до величини граничної пластичної деформації досліджуваного матеріалу при статичному навантажуванні. Такий вид руйнування називається квазістатичним.

втоми, продовження
На ділянках II і III руйнування відбувається як результат

виникнення і розвитку втомної тріщини.
При руйнуванні чітко розрізняють дві частини у поперечному перерізі зразка. Ці частини розрізняються за зовнішнім виглядом:
Частина А має тонковолокнисту будову і відповідає області розвитку втомної тріщини;
Частина Б має крупнозернисту будову і мало чим відрізняється від поверхні крихкого зламу. Це, так звана, зона долому, що виникає на завершальній стадії руйнування через нестачу міцності.

втоми, продовження
Область квазістатичного руйнування може складатись як з десятків, так

і тисячі циклів.
Область малоциклової втоми має орієнтовний діапазон від 5102 циклів до 104 циклів.
Область багатоциклової втоми має дві ділянки III і IV, і поширюється на довговічності, що перевищують 104 циклів.
На повній кривій втоми вирізняють два типи розривів:
1-ий: рв - напруження верхнього розриву, уявляє собою границю між квазістатичною і малоцикловою ділянками кривої втомленості.
2-ий: рн - напруження нижнього розриву, яке відповідає границі між кривими малоциклової та багатоциклової втоми.
Відповідні ділянки повної кривої втоми в цих точках можуть не збігатися, тобто маємо розрив.

і його параметри
,


За характером зміни у часі

процес навантажування поділяють на регулярний та нерегулярний.
Регулярним називається навантажування, яке характеризується періодичним законом змінювання навантажень з одним максимумом та одним мінімумом за один період при сталих параметрах циклу напружень протягом всього часу випробувань або експлуатації.
Всі інші види навантажувань, які не задовольняють цьому визначенню, називаються нерегулярними.

і його параметри, продовження
,


Регулярне навантажування
Нерегулярне навантажування

і його параметри, продовження
,

і його параметри, продовження
,


ОСНОВНІ ТЕРМІНИ:
Частота циклів f –

відношення числа циклів до інтервалу часу їх дії.
Період циклу T – тривалість одного циклу напружень, T=1/f.
Максимальне напруження циклу max (max) – найбільше за алгебраїчною величиною напруження циклу.
Мінімальне напруження циклу min (min) – найменше за алгебраїчною величиною напруження циклу.
Середнє напруження циклу m (m) – стала (додатна або від'ємна) складова циклу напружень, яка дорівнює алгебраїчній напівсумі максимального і мінімального напруження.

і його параметри, продовження
,

і його параметри, продовження
,

і його параметри, продовження
,


Коефіцієнт асиметрії є найбільш поширеною

характеристикою, але не самою зручною.
Більш зручним є коефіцієнт сталості навантажування, що дорівнює відношенню:

УВАГА! Всі наведені вище формули є справедливими і для кручення, якщо в них замінити  на . У випадках коли при циклічному навантажуванні контроль здійснюється за деформаціями (жорсткий режим навантажування) ті самі формули використовуються для відповідних деформацій .

Так як величина a завжди додатна, тому знак коефіцієнта сталості навантажування визначається знаком середнього напруження m. Для симетричного циклу a=0, для циклів де переважним є стиск a<0, для циклів де переважним є розтяг a>0 (a=1 - розтяг, a=-1 - стиск).

УВАГУ!