Переменные напряжения

Нагрузка – это общее понятие силы, момента силы, давления. Нагрузки делят на статические и динамические.

Статическая нагрузка – постоянная или мало изменяющаяся во времени, которая не вызывает колебаний системы и приводит к постоянным напряжениям.

Динамическая нагрузка изменяется во времени, вызывает появление колебаний и переменных напряжений.

Переменные напряжения могут возникать и при постоянной нагрузке, если рассматриваемая фиксированная точка (сечение) тела изменяет свое положение во времени относительно неподвижной нагрузки, т.е. в движущихся деталях.

Переменные напряжения характеризуются циклами изменения напряжений.

Характеристика цикла (рис. 1.3)

1. Принят синусоидальный закон колебаний (рис. 1.3, а).

2. Время одного цикла называют периодом Т. Если задан ресурс L, то общее число циклов N = L / T.

3. Наибольшее s_max и наименьшее s_min напряжения – величины алгебраические (со знаками).

4. Коэффициент асимметрии цикла R = s_min / s_max .

5. Среднее напряжениеs_m = (s_max + s_min) / 2 = 0,5 (1 + R) s_max – постоянная составляющая цикла.

6. Амплитуда s_а = (s_max – s_min) / 2 = 0,5 (1 – R) s_max – переменная часть цикла, наиболее опасная для прочности, показывающая размах колебаний относительно среднего постоянного уровня.

Если |s_max| ¹ |s_min|, то цикл называют асимметричным.

Если s_min = 0, то R = 0, s_m = s_а = 0,5s_max – цикл отнулевой (рис. 1.3, б).

Если |s_max| = |s_min| и s_max > 0, а s_min < 0 (рис. 1.3, в), то R = –1, s_m = 0, s_а =

= s_max – цикл симметричный, самый опасный для прочности (s_а = s_max).

Если R = +1, то s_max = s_min. По величине и по знаку – это постоянные напряжения.

Примечание. Все, что касается в этом разделе нормальных напряжений s, относится

и к касательным напряжениям t с заменой в формулах символа s на t.

Во всех реальных деталях имеются микротрещины, включения, несплошности, нарушения структуры, т.е. дефекты. При переменных напряжениях микротрещины (и другие дефекты), развиваясь (с наработкой числа циклов), приводят к усталостной трещине, которая проникает в глубь сечения и вызывает усталостное разрушение детали. Процесс накопления повреждений называют усталостью. Усталостное разрушение происходит при меньших напряжениях, чем s_В или s_Т.