99396

Расчеты на прочность при напряжениях циклически изменяющихся во времени

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Предел выносливости. Кривая выносливости. Прочность материала при действии переменных напряжений является механической характеристикой материала и называется пределом выносливости. Предел выносливости материала определяется опытным путём.

Русский

2016-09-12

126.35 KB

0 чел.

8

ЛЕКЦИЯ №19 часть 2

Расчеты на прочность при напряжениях циклически изменяющихся во времени.

Под действием напряжений переменных во времени, детали машин разрушаются при нагрузках меньше тех, которые опасны при постоянных напряжениях.

Переменные напряжения. Виды циклов и их характеристики.

Вал круглого поперечного сечения вращается с постоянной угловой скоростью   и загружен постоянной силой P.

Угол φ при =const равен φ=t                

Определим нормальные напряжения в точке А

 

Обозначим – амплитуда напряжений цикла

Следовательно,  =аsint.  График такого уравнения есть синусоида.

У нас симметричный цикл max=-min

Если вал дополнительно загрузить продольными силами P1 (растягивающими), то напряжение в точке А будут равны

              - среднее напряжение цикла.

=m+asint

График этого уравнения является синусоидой смещенной относительно оси времени t.

Если знаки максимального и минимального напряжений различны, то цикл называют знакопеременным, в противном случае – знакопостоянным.

Такой цикл называется – отнулевой положительный (пульсирующий) цикл.

Параметры цикла.

  1.  Максимальное (mах) и минимальное min напряжения цикла.
  2.  Амплитуда напряжения цикла

  1.  Среднее напряжение цикла

  1.  Коэффициент асимметрии цикла

  1.   Характеристика цикла

max=m+a

min=m-a

Понятие о механизме усталостного разрушения металлов.

В месте излома детали возникают две характерные зоны:

I-ая гладкая, притертая почти зеркальная зона – это зона образования и    развития трещины.

II-ая шероховатая, крупнозернистая зона – это зона окончательного излома детали.

Ранее считали, что разрушение детали под действием переменных напряжений происходит в результате того, что структура металла изменяется, материал как бы устаёт и перерождается из пластического в хрупкий.

Отсюда появился и термин “усталость”.

В настоящее время установлено, что структура материала под действием переменных напряжении не изменятся. Причиной усталого разрушения является неоднородность структуры металла.

В невыгодно ориентированных зернах возникают повышенные напряжения относительно средних. Именно, в этих зернах появляются местные пластические деформации. При действии переменных напряжений возникает наклеп (повышение упругих свойств в результате предварительного пластического деформирования), разрыхление зерен и появление микротрещин.

Микротрещины развиваются в макротрещину и деталь внезапно разрушается.

При циклических напряжениях трещина, то открывается, то закрывается и поверхность притирается, становится зеркальной

Таким образом, по современным представлениям под усталостью понимается процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием переменных напряжений, приводящий к появлению трещины и разрушению материала.

В литературу встречается термин выносливость.

Выносливостью называется способность материала детали противостоять усталости.

Предел выносливости. Кривая выносливости.

Прочность материала при действии переменных напряжений является механической характеристикой материала и называется пределом выносливости.

Предел выносливости материала определяется опытным путём.

Существует много видов испытаний, но наиболее распространённым является испытание на изгиб при  симметричном цикле.

Покажем простую установку для испытания на изгиб при симметричном цикле.

Берем цилиндрический образец с головками.

Образец вращается с постоянной угловой скоростью .

В точках на контуре образца будут возникать переменные напряжения

Для испытаний берется партия образцов от 6 до 10 штук (полированных).

I-ый образец, подбирается  такое P, что действуют  близки к пределу прочности

II-ой образец, P выбирается несколько меньше

………………………………………

и так далее.

Счётчик числа оборотов шпинделя позволяет определить число циклов до разрушения образца N.

Проводим испытания и получаем несколько точек, которые соединяем плавной кривой.

max-максимальное напряжение цикла.

Получаем кривую выносливости (кривая Вёллера)

Вёллер (1819-1914)-немецкий инженер.

Для стали кривая выносливости имеет асимптоту, и ордината этой асимптоты к кривой представляет собой предел выносливости материала при данном виде цикла нагружения.

-1-пределвыносливости при симметричном цикле.

Пределом выносливости называется максимальное напряжение цикла по модулю, при котором материал, не разрушаясь, выдерживает неограниченное число циклов.

Обозначение пределов выносливости

-1-предел выносливости при симметричном цикле

-0                          //                         при отнулевом или пульсирующем цикле,

- R                           //                          при асимметричном цикле,

- коэффициент асимметрии

+1 – постоянное статическое напряжение.

Если пошла асимптота, то дальше испытания можно не проводить.

На практике испытания ограничивают базовым числом циклов.

Nб- базовое число циклов.

Nб= - для стали.

Таким образом, пределом выносливости материала называется максимальное напряжение цикла по модулю, при котором материал, не разрушаясь, выдерживает базовое число циклов.

Для цветных металлов (медь, латунь…) кривые выносливости не имеют асимптот. Для этих металлов устанавливается условный предел выносливости, соответствующий базовому числу циклов Nб=


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62306. Структура урока истории 22.32 KB
  Независимо от типа урока и особенностей его организации различают три основные части урока: Подготовительная часть. В основе данной структуры урока истории лежат этапы усвоения исторических знаний учащимися специальной коррекционной школы. Этапы подготовки студента к написанию конспекта урока Таблица 5 Название этапа Содержание деятельности Варианты достижения цели деятельности на уроке 1 2 3 Изучение исторического материала Учебники дополнительная литература программы Отбор исторического Исторические факты хронологические даты...
62307. Структура урока производственного обучения 16.53 KB
  Тема урока: Цели: Обучающая: обучить приёмам и навыкам. Задачи: Тип урока: Теоритический формирование новых знаний Практический формирование умений навыков Комбинированный Обобщение систематизация знаний умений навыков Урок по проверки знаний умений навыков Методы обучения: словесныйобъяснение беседа диалог наглядные методы ТСО Оборудование Межпредметная связь: технология и материаловедение рисунок народные художественные промыслы. Ход урока: 1.