ЯВЛЕНИЕ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ





Ответственные детали большинства машин при эксплуатации подвергаются действию циклически изменяющихся во времени напряжений, что создает условия для возникновения особого вида разрушения, называемого усталостью. Способность сопротивляться действию переменных напряжений называют выносливостью материала.

 

 

Механизм возникновения перемен­ных во времени напряжений обсудим на известном примере нагружения оси железнодорожного вагона. Вначале рас­смотрим случай, когда вагон неподви­жен. На рис. 1 показаны обусловленные действием силы тяжести P эпюры изгибающего момента и нормальных напряжений в сечениях среднего участка оси. При движении вагона по ровному участку пути, когда колебания его корпуса тсутствуют и внешние силы остаются неизменными, вращение осей приводит к изменению положения точек на поверхности сечений по отношению к плоскости действия постоянного изгиба­ющего момента M = Pa/2 (на рис. 1 цифрами 1... 8 показаны различные положения одной из точек на поверх­ности сечения).

Таким образом, за время одного оборота колеса в каждой точке поверхности оси железнодорожного вагона напряжения изменяются во времени по гармоническому закону o(t), проходя нулевые значения (положения точки 1 и 5) и достигая максимальных значений растягивающих и сжимающих напряжений (положения точки 3 и 7 соответственно). Частота изменения напряжений определяется скоростью движения поезда.

Легко убедиться в том, что во время одного рейса поезда дальнего следования Москва- Владивосток-Москва описанный цикл изменения напряжений в осях вагонов повторяется более пяти миллионов раз.

В соответствии с государственным стандартом (ГОСТ 23207-78 "Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения") усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящих к изменению его свойств, образованию и развитию трещин и разрушению.

Различают две основные разновидности усталостного повреждения:

I. малоцикловая усталость возникает при максимальных напряжениях, превышающих предел текучести материала, и сопровождается знакопеременным пластическим деформированием объема материала, большого по сравнению с размерами структурных составляющих (зерен, пор, включений). Число циклов до образования заметной трещины (длиной 0,5 - 1 мм и более) зависит в основном от величины пластической деформации детали в каждом цикле и от способности материала сопротивляться малоцикловому разрушению; для стальных конструкций оно не превышает 104. Явление малоцикловой усталости знакомо каждому, кто ломал проволоку, пластически деформируя ее в разные стороны.

II. многоцикловая усталость имеет место при напряжениях значительно ниже предела текучести (<cmax < 0,6сТ). В этом случае в макрообъеме материал деформируется упруго (его свойства с вполне удовлетворительной точностью описываются законом Гука ст = Es). Однако большинство реальных материалов имеют сложную многокомпонентную структуру (зерна, поры, межзеренные прослойки, неметаллические включения в стали и т. д.). При упругом деформировании достаточно большого объема в микрообъемах (в отдельных слабых зернах, вблизи дефектов) происходит локальное знакопеременное пластическое деформирование, которое называют микропластическим. Его многократное повторение приводит к зарождению микроскопических трещин. Постепенное их развитие и слияние в магистральную трещину приводит к ослаблению сечений и затем к внезапному долому деталей. Продолжительность стадии многоцикловой усталости к моменту зарождения магистральной усталостной макротрещины для стальных конструкций превышает 105 - 106 циклов.

Граница между малоцикловой и многоцикловой усталостью не является четко выраженной. В тех случаях, когда пластическая деформация в макрообъеме отлична от нуля в каждом цикле, но мала по сравнению с упругой, условия зарождения трещины зависят и от упругой и от пластической деформации. Это - переходная зона между малоцикловой и многоцикловой усталостью.

Рассмотрим вначале случай многоцикловой усталости металлов. В качестве предельного состояния детали здесь принимается образование магистральной трещины длиной 0,1...0,5 мм, т.е. анализ ограничивается начальной стадией усталостного разрушения. В последующем в тексте пособия образование такой трещины будет условно называться усталостным разрушением.

 






Дата добавления: 2017-05-02; просмотров: 258; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2017 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.006 сек.