أي عينة سيكون لها حد أكبر للقدرة على التحمل. تحديد قيمة حد التحمل

مقدمة

من أجل دراسة الجزء المادي من معدات قوات الحماية النووية والبيولوجية والكيميائية بنجاح ، فإن المعرفة العميقة بالتخصصات الفنية العامة ضرورية. تتعرض العديد من أجزاء الماكينة لضغوط دورية أثناء التشغيل. لذلك ، يجب أن يكون لدى الطلاب فكرة عن معلمات وأنواع دورات الإجهاد والظاهرة وحدود التحمل.

لذلك فإن مادة هذه المحاضرة لها أهمية كبيرة. الغرض من هذه المحاضرة هو إعطاء الطلاب المصطلحات والتعريفات الأساسية المتعلقة بالضغوط الدورية ، لدراسة مسألة حساب العناصر الهيكلية للقوة تحت نوع معين من التحميل.

مفهوم الضغوط الدورية. معلمات وأنواع دورات الإجهاد

تتضمن الأحمال الديناميكية ، على الرغم من عدم وجود قوى قصور ذاتي كبيرة ، أحمالًا متكررة (دورية) متعددة تعمل على العناصر الهيكلية. يعتبر هذا النوع من التحميل نموذجيًا لمعظم الهياكل الهندسية ، مثل المحاور والأعمدة والقضبان والينابيع وقضبان التوصيل وما إلى ذلك.

تعتمد قوة المواد تحت التحميل المتغير المتكرر إلى حد كبير على طبيعة التغيير في الضغوط بمرور الوقت.

- الحمل المتغير مع طبيعة التغيير المحددة زمنياً ، والتي تتكرر قيمها بعد فترة (فترة) معينة من الزمن.

دورة الإجهاد- مجموع جميع قيم الضغوط المتغيرة خلال فترة تغيير الحمل.

عادةً ما تتميز دورة الإجهاد بمعلمتين رئيسيتين للدورة: و - الضغوط القصوى والدنيا للدورة.

متوسط ​​جهد الدورة .

جهد دورة السعة .

معامل عدم تناسق دورة الإجهاد.

اعتمادًا على حجم الخصائص المدرجة ، يمكن تقسيم دورات الإجهاد إلى الأنواع الرئيسية التالية:

دورة متماثلة- الحد الأقصى والحد الأدنى من الفولتية متساويان قيمه مطلقهوالعكس في تسجيل الدخول ، ص = -1.

دورة غير متكافئة- الحد الأقصى والحد الأدنى للجهد لا يتساوى في القيمة المطلقة ، في حين أن الدورة غير المتماثلة يمكن أن تكون متبادلة أو إشارة ثابتة.

دورة بالتناوب- الحد الأقصى والحد الأدنى للجهد لا يتساوى في القيمة المطلقة والعكس في الإشارة ، ،.

دورة الإشارة الثابتة- الحد الأقصى والحد الأدنى من الفولتية غير متساويين في القيمة المطلقة ولهما نفس العلامة ، ،.

دورة صفرية (نابضة)- الحد الأقصى أو الحد الأدنى من الفولتية يساوي الصفر أو ، أو.

ظاهرة التعب. منحنى التعب. حد التحمل

كما تبين الممارسة ، فإن الأحمال التي تتغير دوريًا في الوقت من حيث الحجم أو الحجم والإشارة يمكن أن تؤدي إلى فشل هيكلي عند ضغوط أقل بكثير من مقاومة الخضوع (أو قوة الشد). هذا التدمير يسمى "التعب". يبدو أن المادة "تتعب" تحت تأثير الأحمال الدورية المتكررة.

فشل التعب- تدمير المواد تحت تأثير الضغوط المتناوبة بشكل متكرر.

التعب المادي- التراكم التدريجي للضرر في المادة تحت تأثير الضغوط المتغيرة مما يؤدي إلى تكوين تشققات في المادة وتدميرها.

قدرة التحملهي قدرة المادة على مقاومة فشل التعب.

الأسباب الفيزيائية لفشل إجهاد المواد معقدة للغاية ولم يتم فهمها بالكامل بعد. يعتبر تكوين وتطور التشققات أحد الأسباب الرئيسية لفشل التعب.

ترتبط آلية فشل التعب إلى حد كبير بعدم تجانس الهيكل الحقيقي للمواد (الاختلاف في الحجم والشكل واتجاه حبيبات المعادن المجاورة ؛ وجود شوائب مختلفة - الخبث والشوائب ؛ عيوب الشبكة البلورية ، عيوب سطح المواد - الخدوش ، التآكل ، وما إلى ذلك). فيما يتعلق بعدم التجانس المشار إليه عند الضغوط المتغيرة عند حدود الشوائب الفردية وبالقرب من الفراغات المجهرية والعيوب المختلفة ، ينشأ تركيز الإجهاد ، مما يؤدي إلى تشوهات القص الدقيقة لبعض الحبيبات المعدنية ، بينما قد تظهر أشرطة انزلاقية على سطح الحبوب ، وتراكم القص ، الذي يتجلى في بعض المواد في شكل درنات وانحدارات مجهرية - قذفات وتداخلات. ثم هناك تطور التحولات في microcracks ونموها ودمجها ؛ في المرحلة الأخيرة ، تظهر واحدة أو عدة شقوق كبيرة ، والتي تتطور (تنمو) بشكل مكثف للغاية. تصدع الحواف تحت العمل تحميل متغيرفرك بعضها ببعض ، وبالتالي فإن منطقة نمو الشقوق لها سطح أملس (مصقول). مع نمو الشق ، يضعف المقطع العرضي للجزء أكثر فأكثر ، وأخيراً ، يحدث كسر هش مفاجئ للجزء ، في حين أن منطقة الكسر الهشة لها بنية بلورية خشنة الحبيبات ، كما هو الحال في الكسر الهش.

تم بناء منحنى التعب (Weller curve) على أساس نتائج اختبارات الإجهاد مع دورة متناظرة. يوضح أنه مع زيادة عدد الدورات ، يتناقص الضغط الأقصى الذي يحدث عنده تدمير المادة بشكل كبير. في الوقت نفسه ، بالنسبة للعديد من المواد ، على سبيل المثال ، الفولاذ الكربوني ، من الممكن ضبط مثل هذا الحد الأقصى من إجهاد الدورة الذي لا تنهار فيه العينة بعد أي عدد من الدورات (القسم الأفقي من الرسم التخطيطي) ، يسمى حد التحمل ( ).

حد القدرة على التحمل (التعب)هو الحد الأقصى (المحدد) من الإجهاد للدورة ، حيث لا يوجد فشل إجهاد للعينة بعد عدد كبير بشكل تعسفي من الدورات.

نظرًا لأنه لا يمكن إجراء الاختبارات إلى أجل غير مسمى ، فإن عدد الدورات محدود بحد معين ، وهو ما يسمى العدد الأساسي للدورات. في هذه الحالة ، إذا كانت العينة تتحمل العدد الأساسي للدورات (بالنسبة للمعادن الحديدية - ن= 10 7) ، فيُعتبر أن الجهد فيه ليس أعلى من حد التحمل.

لا تحتوي منحنيات التعب للمعادن غير الحديدية على أقسام أفقية ، لذلك بالنسبة للعدد الأساسي من الدورات ، فإنها تزيد إلى ن= 10 8 وتم تعيين حد التحمل المحدود.

في الهياكل الحقيقية ، تعمل الغالبية العظمى من الأجزاء تحت تحميل غير متماثل.

رسم بياني الضغوط القصوى(مخطط سميث) مبني على ثلاثة أوضاع تحميل على الأقل (على ثلاث نقاط) ، يتم تحديد حد التحمل لكل منها.

الوضع الأول (النقطة 1) هو دورة التحميل المتماثل المعتادة (، ، ،).

الوضع الثاني (النقطة 2) عبارة عن دورة تحميل غير متماثلة ، وعادة ما تكون صفر (، ، ،).

الوضع الثالث (النقطة 3) هو التمدد الساكن البسيط (،).

النقاط التي تم الحصول عليها متصلة بخط سلس ، تتوافق إحداثيات النقاط مع حدود التحمل للمادة عند قيم مختلفةمعامل عدم تناسق الدورة.

شعاع يمر بزاوية من خلال أصل مخطط الحد من الإجهاد يميز الدورات بنفس معامل عدم التناسق ص :

.

رسم بياني الحد من السعات(مخطط Haig) مرسوم في الإحداثيات: متوسط ​​إجهاد الدورة - سعة الدورة (الشكل 7). في الوقت نفسه ، من أجل بنائه ، من الضروري إجراء اختبارات التعب لثلاثة أوضاع على الأقل: 1 - دورة متناظرة ؛ 2 - دورة الصفر ؛ 3 - التمدد الساكن.

من خلال ربط النقاط التي تم الحصول عليها بمنحنى سلس ، يتم الحصول على رسم بياني يميز العلاقة بين قيم السعات المحددة وقيم الضغوط المتوسطة المحدودة في الدورة.

بالإضافة إلى خصائص المواد ، تؤثر العوامل التالية على قوة الإجهاد: 1) وجود مكثفات الإجهاد ؛ 2) عامل القياس ، أي تأثير الأبعاد المطلقة للجزء (كلما زاد حجم الجزء ، قلت قوة التعب) ؛ 3) جودة المعالجة السطحية (مع انخفاض خشونة السطح للجزء ، تزداد قوة التعب) ؛ 4) عوامل التشغيل (درجة الحرارة ، التآكل ، تكرار التحميل ، التعرض للإشعاع ، إلخ) ؛ 5) وجود طبقة سطحية مقواة بطرق تكنولوجية مختلفة.

منحنى قوة الإجهاد الإجهاد

حد التحمليُشار إليه بـ (أو) ، حيث يتوافق المؤشر R مع معامل عدم تناسق الدورة. لذلك ، على سبيل المثال ، بالنسبة للدورة المتماثلة ، يتم الإشارة إليها ، لدورة الصفر (في) ، لدورة ثابتة.

حد التحمل لدورة متناظرةهي الأصغر مقارنة بأنواع الدورات الأخرى ، أي.

فمثلا، ; .

حد التحمل

لحساب الأجزاء غير المخصصة للتشغيل على المدى الطويل ، يصبح من الضروري تحديد أعلى قيمة إجهاد يمكن أن تتحملها المادة لعدد معين من الدورات (N) ، والتي تكون قيمتها أقل من القيمة الأساسية (). في هذه الحالة ، وفقًا لمنحنى التعب وعدد معين من الدورات (N) ، يُسمى الإجهاد المقابل () حد من القدرة على التحمل المحدود.

عوامل حد التحمل لدورة متناظرة

عند تقييم قوة جزء يعمل تحت تحميل ثابت ، يتم تحديد الخصائص الميكانيكية لمادة الجزء تمامًا بالخصائص الميكانيكية لمادة العينة التي تم الحصول عليها نتيجة للتجربة. هذا لا يأخذ في الاعتبار الاختلاف في شكل أو حجم الجزء والعينة ، أو بعض الاختلافات الأخرى.

عند تصميم جزء للتعب ، يجب مراعاة هذه العوامل. أهم العوامل التي تؤثر على حد التحمل في دورة متناظرة هي تركيز الضغط والأبعاد المطلقة للمقطع العرضي للجزء وخشونة سطحه. يمكن تفسير ذلك بسهولة من خلال حقيقة أن جميع العوامل المذكورة أعلاه تساهم في ظهور وانتشار microcracks.

تأثير تركيز الإجهاد

بالقرب من الأجزاء السفلية ، عند حواف الثقوب ، في الأماكن التي يتغير فيها شكل القضيب ، عند القطع ، إلخ. هناك زيادة حادة في الضغوط مقارنة بالإجهادات الاسمية المحسوبة باستخدام الصيغ المعتادة لمقاومة المواد. تسمى هذه الظاهرة تركيز الإجهاد، والسبب الذي يسبب زيادة كبيرة في الضغوط هو مكثف الإجهاد.

تعتبر منطقة توزيع الضغوط المتزايدة ذات طبيعة محلية بحتة ، لذلك غالبًا ما تسمى هذه الضغوط محلية.

في الضغوط المتغيرة بمرور الوقت ، يؤدي وجود مُكثّف الضغط على العينة إلى انخفاض حد التحمل. ويفسر ذلك حقيقة أن التغيير المتعدد في الضغوط في منطقة تركيز الإجهاد يؤدي إلى تكوين صدع ومزيد من تطويره ، متبوعًا بفشل إجهاد العينة.

من أجل تقييم تأثير تركيز الإجهاد على تقليل مقاومة الإجهاد لعينة ، مع مراعاة حساسية المادة لتركيز الإجهاد ، تم تقديم مفهوم معامل التركيز الفعال ، وهو نسبة حد التحمل للمعيار عينة بدون تركيز إجهاد إلى حد إجهاد العينة مع تركيز الإجهاد: (أو ).

تأثير الأبعاد المطلقة للمقطع العرضي

مع زيادة حجم المقاطع العرضية للعينات ، انخفاض في حد التحمل. يؤخذ هذا التأثير في الاعتبار من خلال معامل تأثير الأبعاد المطلقة للمقطع العرضي (كان يُطلق على هذا المعامل سابقًا عامل المقياس). المعامل المذكور يساوي نسبة حد التحمل للعينات الملساء ذات القطر d إلى حد التحمل لعينة قياسية ناعمة بقطر يساوي 7.5 مم: (أو ).

خشونة السطح

إن تصنيع سطح الجزء له تأثير كبير على حد التحمل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المعالجة السطحية الأكثر خشونة للجزء تخلق أماكن إضافية لمركزات الإجهاد ، وبالتالي ، تؤدي إلى ظروف إضافية لظهور التكسرات الدقيقة.

المعلمة الرئيسية التي تميز قوة إجهاد المواد ، أي القوة تحت الأحمال المتناوبة المتكررة حد التحمل صهي القيمة القصوى المطلقة لضغوط الدورة التي لا يحدث عندها فشل إجهاد المادة للرقم الأساسي ن فيدورات التحميل. للأساسي ، أي يتم أخذ أكبر عدد من الدورات المحددة أثناء الاختبار بالنسبة للمعادن الحديدية 10 7 دورات تحميل ولغير الحديدية - 10 8. يتوافق المؤشر في تعيين حد التحمل مع معامل عدم تناسق دورة الإجهاد أثناء الاختبار. لذلك ، بالنسبة للدورة المتماثلة ، يتم الإشارة إلى حد التحمل بواسطة y-1 ، ودورة الصفر - y 0. يتم تحديد حد التحمل للمادة عن طريق اختبار عينات للتعب على آلات الاختبار. الأكثر شيوعًا هو اختبار العينات تحت دورة إجهاد متناظرة. يظهر تخطيط التثبيت لاختبار عينات الانحناء في الشكل. 5. يدور النموذج 1 مع المشبك 2 بسرعة زاوية ثابتة. في نهاية العينة يوجد محمل 3 محمل بقوة Fاتجاه دائم. تخضع العينة للانحناء التشوه بدورة متناظرة. تحدث الضغوط القصوى على سطح العينة في القسم الأكثر خطورة I - I ويتم تعريفها على أنها y = M و / W ، حيث M و = F ؟؟ - لحظة الانحناء في القسم ؛ W \ u003d 0.1d 3 - لحظة المقاومة بالنسبة للمحور المحايد للمقطع العرضي للعينة ، دائرة بقطر د. في الموقف المعروض عند هذه النقطة لكنتعمل ضغوط الشد ، حيث تنحني العينة مع تحدب لأعلى. بعد تدوير العينة بزاوية 180 درجة عند النقطة لكنستعمل الضغوط الانضغاطية من نفس الحجم ، أي -ص. عند المرور عبر المحور المحايد ، يكون الجهد عند النقطة لكنسيكون صفرا.

من خلال اختبار فشل التعب لعينات متطابقة عند قيم مختلفة لضغوط الدورة ، يتم إنشاء رسم بياني يميز العلاقة بين الضغوط القصوى y وعدد الدورات للفشل (دورة الحياة N). هذا الاعتماد (الشكل 6) يسمى منحنى التعبأو منحنى جيد، تكريما للعالم الألماني الذي بناه لأول مرة. لبناء منحنى التعب في الإحداثيات في الأعلى - نمطلوب ما لا يقل عن 10 عينات متطابقة ، من أجلها متطلبات صارمةدقة الأبعاد وخشونة السطح. يتم تحميل أول العينات بالقوة Fبحيث يكون الضغط الأقصى للدورة عند 1 أقل إلى حد ما من القوة النهائية للمادة (عند 1< у u) и испытывают до разрушения, отмечая (рис. 6) точку لكنبإحداثيات y 1 وعدد دورات التدمير ن 1 .

يتم اختبار العينة الثانية عن طريق إنشاء جهد فيه في 2 أقل من الأول (عند 2< у 1) образце. Число циклов до разрушения этого образца будет ن 2 (N 2> N 1). ضع علامة على نقطة على الرسم البياني فيمع الإحداثيات في 2 , ن 2 . من خلال التقليل التدريجي للضغط الأقصى للدورة في العينات المختبرة ، يتم إجراء الاختبارات حتى إتلاف العينات ، حتى تنهار إحداها إلى الرقم الأساسي ن فيدورات التحميل. من خلال ربط النقاط المتسلسلة بخط ناعم لكن, في, من، ... ، التي تم إنشاؤها أثناء اختبار العينات ، نحصل على منحنى التعب. الجهد المقابل للرقم الأساسي ن فيدورات ، وهناك حد للقدرة على التحمل في- 1 مادة الانحناء. في آلات الاختبار الأخرى ، على غرار اختبار الانحناء ، يتم تحديد حدود التحمل للمادة أثناء الالتواء (f - 1) ، أثناء الشد - الضغط (y - 1r). بالنسبة للعديد من المواد ، تم تحديد النسب بين حدود التحمل في الانحناء والالتواء وضغط التوتر بشكل تجريبي. على سبيل المثال ، بالنسبة للفولاذ f-1 = 0.55y-1 ؛ ص -1 ع = 0.7 ص -1. يكون حد التحمل في ظل دورة تحميل متناظرة لجميع المعادن ، باستثناء المعادن شديدة المرونة (النحاس ، الحديد التجاري) ، أقل من حد المرونة ، مع زيادة تردد التحميل بشكل طفيف.

تم اقتراح عشرات المعادلات في الأدبيات التي تصف منحنيات التعب للمواد والعينات المختلفة. في العمليات الحسابية الهندسية ، غالبًا ما تستخدم معادلة القدرة لمنحنى التعب

y m N = const ، (10)

أين ن- عدد الدورات قبل الفشل عند أقصى ضغط للدورة ؛ م- الأس اعتمادًا على المادة ، معلمات العينة ، للمعادن م = 5 ... 10.

غالبًا ما يكون عمر خدمة المنتجات ، وخاصة الاستخدام الخاص لمرة واحدة ، محدودًا ، ويكون عدد دورات التحميل N أثناء التشغيل أقل من القاعدة (N< N у). Уравнение (10)позволяет при расчетах таких изделий на усталостную прочность определять предельно максимальные напряжения в циклах или ограниченный предел выносливости في- 1Nيتوافق مع عدد معين من الدورات نجار التحميل

N \ u003d N y (y- 1 / y- 1N) م ، (12)

حيث الكميات في- 1 , ن في , ممأخوذة من البيانات المرجعية على المواد. لا يمكن استخدام المعادلتين (11) و (12) إلا إذا بقيت فيزياء وآلية التلف الناتج عن التعب دون تغيير مع الحفاظ على ذلك. آلية التعب الشديد للدورة. يتم ضمان إجهاد الدورة العالية إذا كان عدد الدورات قبل الفشل على الأقل 10 4 ، أي ن؟ 10 4.

يعد تحديد خصائص مقاومة الإجهاد للمواد عن طريق اختبار الإجهاد عملية شاقة ومكلفة نظرًا لطول نتائج الاختبار وتبعثرها بشكل كبير. يتم البحث عن التبعيات التجريبية لتقدير تقريبي لقيم حد التحمل على حجم الخواص الميكانيكية للمادة تحت التحميل الساكن. لذا ، فإن قيمة حد التحمل في الانحناء مع دورة تحميل متناظرة لصلب الكربون هي y-1 = (0.4 ... 0.45) y ut ؛ بالنسبة للمعادن غير الحديدية y- 1 = = (0.24 ... 0.5) y ut ، أين في أوتهي قوة الشد للمادة.

كما تظهر التجارب ، فإن قيمة حد التحمل للمادة تعتمد إلى حد كبير على النسبة بين القيم القصوى ص الأعلى و ص دقيقة تغيير الجهد. إذا كانت هذه القيم متساوية في الحجم ص أ وعكس اللافتة (الشكل 14.1) ، ثم لدينا دورة متناظرةحيث يكون حد التحمل هو الأدنى.

أرز. 14.1

إذا أضفنا إلى التذبذب المتماثل داخل + ص أ و - ص أ الجهد هو أيضا جهد ثابت ص م (الشكل 14.2) ، ثم نحصل على القضية غير متماثلدورة؛ في هذه الحالة ، يكون حد التحمل أعلى منه في الدورة المتماثلة.

الجهد المتطرف لدورة غير متوازنة ص الأعلى و ص دقيقة سيكون (الشكل 14.2):

ص الأعلى = ص م + ص أ و ص دقيقة = ص م - ص أ ;

بدوره

الجهد االكهربى ص ر يسمى متوسط ​​إجهاد الدورة ، و ص أ - سعة تقلبات جهد الدورة. تسمى العلاقة خصائص الدورة.مع دورة متناظرة ص ر = 0 ، ص دقيقة = -ص الأعلىو ص= -1 ؛ في جهد ثابت ثابت ص أ = 0 ، ص دقيقة = ص الأعلى و ص= +1 ؛ إذا ص دقيقة =0, ثم و ص = 0.فيما يلي بعض الأمثلة على الدورات غير المتكافئة:

ضاعف مقدار اتساع تقلبات الجهد ص أ

يسمى "امتداد" الدورة.

سيتم الإشارة إلى قيمة حد التحمل لأي دورة من الضغوط المتناوبة R ،أو مع رمز في الأسفل يشير إلى خاصية الدورة المقابلة. لذا، ص -1 - حد التحمل لدورة متناظرة ذات خاصية مميزة ص =-1, ص 0,2 - حد التحمل لدورة غير متماثلة ذات خاصية ص= +0.2 ، إلخ.

من الأهمية بمكان تحديد قيمة حد التحمل للتماثل ( ص م= 0) دورة كالأصغر. تبين أن هذه القيمة مختلفة في حالة الانحناء والتشوه والتشوه المحوري (التوتر والضغط) والالتواء.

لتحديد حد التحمل في الانحناء ، يتم استخدام الآلات التي يتم فيها تحميل عينة من مقطع عرضي دائري من خلال محامل كروية ، إما كعنصر ناتئ - بالقوة في النهاية ، أو كحزمة مفصلية - بواسطة قوى متساوية موجودة بشكل متماثل ؛ تدور العينة بسرعة حوالي 2000-3000 دورة في الدقيقة. مع كل ثورة ، تمر عينة المادة في الأماكن الأكثر إجهادًا بدورة متناظرة من تغيرات الإجهاد من أعلى ضغط إلى نفس التوتر الأعلى ، والعكس صحيح. يتم تحديد عدد الدورات التي تم اختبارها بواسطة العينة بعدد دوراتها ن،مع عداد خاص.

يتم إعطاء العينات شكلًا بمخطط تفصيلي سلس للغاية ، باستثناء إمكانية حدوث ضغوط محلية. الخبرة في تحديد حد التحمل على النحو التالي. يتم تحضير دفعة من عينات المواد المختبرة بكمية 6-10 قطع ؛ العينات مرقمة بالتسلسل: 1 ، 2 ، 3 ...

يتم وضع العينة الأولى في الماكينة وتحميلها بطريقة تؤدي إلى الحصول على قيمة معينة لأعلى إجهاد عادي "؛ تؤخذ هذه القيمة عادةً ما يعادل 0.5-0.6 من مقاومة شد المادة ؛ ثم يبدأ تشغيل الآلة ، و العينة تدور ، الاختبار الفولتية المتغيرةمن + "إلى -" حتى يحدث الفاصل. في هذه اللحظة ، يقوم جهاز خاص بإيقاف تشغيل المحرك ، وتتوقف الآلة ، ويعرض عداد الدورات عدد الدورات ن 1 المطلوب كسر العينة تحت الضغط ".

يتم اختبار العينة الثانية بنفس الترتيب عند الجهد "، الأصغر"، الثالث - عند الجهد" "<", и т.д. Соответственно возрастает число циклов, необходимое для излома. Уменьшая для каждого нового образца рабочее напряжение, мы, наконец, для какого-то из них не получаем излома, даже при очень большом числе оборотов образца. Соответствующее напряжение будет очень близко к пределу выносливости.

أظهرت التجارب أنه إذا لم تنهار عينة الصلب بعد 1010 6 دورات ، فيمكنها أن تصمد أمام عدد غير محدود تقريبًا من الدورات (10010 6 - 20010 6). لذلك ، عند تحديد حد التحمل لدرجة معينة من الفولاذ ، يتم إيقاف التجربة إذا كانت العينة قد اختبرت

1010 6 دورات ولم تنكسر. في بعض الحالات ، أثناء الاختبار ، يتم تقييدها بعدد محدود من الدورات ، ومع ذلك ، لا تقل عن 510 6.

لا يوجد مثل هذا الاعتماد على المعادن غير الحديدية ، ومن أجل معرفة ما إذا كانت العينة قادرة بالفعل على تحمل عدد كبير جدًا من تغيرات الإشارة عند جهد معين ، يتعين على المرء أن يعطي ما يصل إلى 20010 6 وحتى 50010 6 دورات. في هذه الحالة ، يمكننا التحدث عن حد التحمل المشروط المقابل لغياب الاستراحة عند عدد معين من تغيرات علامات الإجهاد - عند 1010 6 ، 3010 6 ، إلخ.

للعثور على القيمة العددية لحد التحمل ، تتم معالجة النتائج التي تم الحصول عليها بيانياً. يوضح الشكل 14.3 والشكل 14.4 طريقتين لمثل هذه المعالجة. في أولهما ، على طول المحور الإحداثي ، الكميات "، ",. .. ، وعلى طول الإحداثي ن 1 , ن 2 إلخ. إحداثيات المماس الأفقي للمنحنى الناتج (الخطوط المقاربة) ستكون مساوية لحد التحمل. في الرسم الثاني ، يرسم المحور x قيمًا متساوية. في هذه الحالة ، يتم تعريف حد التحمل على أنه مقطع مقطوع على المحور الإحداثي من خلال استمرار المنحنى الناتج ، نظرًا لأن أصل الإحداثيات يتوافق مع N =.في الوقت الحاضر ، الطريقة الثانية أكثر شيوعًا.

وبالمثل ، يتم تحديد حد التحمل للقوى المحورية (التوتر والضغط) والالتواء ؛ تستخدم آلات الاختبار الخاصة (النابضات ، وما إلى ذلك) أيضًا لهذا الغرض.

في الوقت الحاضر ، تم الحصول على عدد كبير من النتائج التجريبية لتحديد حد التحمل للمواد المختلفة ، ومعظم الأبحاث التي أجريت تتعلق بالفولاذ ، باعتباره المادة الأكثر استخدامًا في الهندسة الميكانيكية. وأظهرت نتائج هذه الدراسات أن القدرة على التحمل محدودة الصلب بجميع درجاتهيرتبط بعلاقة محددة إلى حد ما مع حجم قوة الشد النهائية ج. بالنسبة للمواد الملفوفة والمزورة ، يتراوح حد التحمل لدورة متناظرة في حالة الانحناء من 0.40 إلى 0.60 فولت ؛ بالنسبة للصب ، تتراوح هذه النسبة من 0.40 إلى 0.46.

في هذا الطريق، هامش أمان بدقة كافية لأغراض الممارسةيمكن قبولها لجميع درجات الصلب

إذا تم إخضاع عينة الصلب محوريالقوى في دورة متناظرة (التوتر والضغط بالتناوب) ، ثم يكون حد التحمل المقابل ، كما تظهر التجارب ، أقل من الانحناء ؛ يمكن اعتبار النسبة بين حدود التحمل هذه متساوية ، كما تظهر التجارب ، إلى 0.7 ، أي .

ويفسر هذا الانخفاض حقيقة أن القسم بأكمله يتعرض لنفس الضغوط أثناء التوتر والضغط ؛ في الانحناء ، تحدث الضغوط الأكبر فقط في الألياف الخارجية ؛ تعمل بقية المواد بشكل أضعف وبالتالي يكون من الصعب نوعًا ما تشكيل تشققات التعب ؛ بالإضافة إلى ذلك ، من الناحية العملية ، هناك دائمًا بعض الانحراف في الحمل المحوري.

أخيرًا ، في الالتواء لدورة متناظرة ، يكون حد التحمل لضغوط القص في المتوسط ​​0.55 من حد تحمل الانحناء. وهكذا ، بالنسبة للصلب ذي الدورة المتماثلة

يمكن استخدام هذه البيانات كأساس لحساب معادلات اختبار القوة.

بالنسبة للمعادن غير الحديدية ، لدينا علاقة أقل استقرارًا بين حد التحمل وقوة الشد ؛ الخبرات تعطي

= (0.24 0.50) ج.

عند استخدام العلاقات المذكورة أعلاه (14.1) ، يجب ألا يغيب عن البال أن حد التحمل لمادة معينة هو خاصية تعتمد على عدد كبير جدًا من العوامل ؛ تشير البيانات (14.1) إلى تجارب أجريت على عينات نسبيًا قطر صغير(7-10 مم)بسطح مصقول وعدم وجود تغييرات حادة في شكل المقطع العرضي.

تسمى قدرة المادة على إدراك الفعل المتكرر للضغوط المتناوبة التحمل ، والتحقق من قوة العناصر الهيكلية تحت تأثير مثل هذه الضغوط يسمى حساب التحمل (أو حساب قوة التعب).

للحصول على الخصائص الميكانيكية للمادة المطلوبة لحسابات القوة عند الضغط المتناوب ، يتم إجراء اختبارات التحمل (التعب) الخاصة. بالنسبة لهذه الاختبارات ، يتم عمل سلسلة من العينات المتطابقة تمامًا (10 قطع على الأقل).

الاختبارات الأكثر شيوعًا هي الانحناء الخالص في ظل دورة إجهاد متناظرة ؛ يتم تنفيذها بالترتيب التالي.

في العينة الأولى ، باستخدام آلة خاصة ، يتم إنشاء دورات إجهاد تتميز بقيم إجهاد كبيرة بما يكفي (أقل بقليل من القوة النهائية للمادة) بحيث يحدث تدمير العينة بعد عدد قليل نسبيًا من الدورات . على المقياس المقبول) عدد الدورات التي تسببت في تدمير العينة ، والإحداثيات - قيمة الإجهاد (الشكل 5.15).

ثم يتم اختبار عينة أخرى للفشل تحت الضغط ، يتم عرض نتيجة الاختبار لهذه العينة على الرسم البياني بنقطة. ويتم الحصول على اختبار باقي العينات من نفس السلسلة ، والنقاط IV ، V ، وما إلى ذلك بالمثل. عن طريق توصيل تم الحصول على نقاط منحنى سلس تم الحصول عليها من التجارب ، أو ما يسمى بمنحنى التعب ، أو منحنى Wöhler (الشكل 5.15) ، المقابل للدورات المتماثلة

وبالمثل ، يمكن الحصول على منحنيات التعب المقابلة للدورات ذات القيم الأخرى لمعامل عدم التناسق

يحدث تدمير المادة تحت حمولة واحدة في الوقت الذي تكون فيه الضغوط الناشئة فيها مساوية للقوة النهائية. لذلك ، فإن منحنيات التعب عند إحداثيات تساوي

يوضح منحنى التحمل (الشكل 5.15) أنه مع زيادة عدد الدورات ، يتناقص الضغط الأقصى الذي يتم فيه تدمير المادة. منحنى التعب للكربون المنخفض أو المتوسط ​​، وكذلك لبعض درجات سبائك الصلب ، له خط مقارب أفقي. لذلك ، عند قيمة معينة لمعامل عدم التناسق R وضغط أقصى أقل من قيمة معينة ، فإن المادة لا تفشل ، بغض النظر عن حجم عدد الدورات.

يُطلق على الحد الأقصى (المحدد) من إجهاد الدورة القصوى حيث لا يوجد فشل إجهاد لعينة من مادة معينة بعد عدد كبير بشكل تعسفي من الدورات حد التحمل. وبالتالي ، فإن حد التحمل يساوي تنسيق الخط المقارب لمنحنى التعب. إنه الجحيم المعين. مع دورة متناظرة ، يتم الإشارة إلى معامل عدم التناسق وحد التحمل خلال هذه الدورة (انظر الشكل 5.15).

من الواضح تمامًا أنه عند اختبار العينة ، من المستحيل تكرار نفس دورة الضغوط إلى أجل غير مسمى عدة مرات ، لكن هذا ليس ضروريًا. إن إحداثيات منحنى التعب لبعض المواد (الصلب الكربوني المنخفض والمتوسط ​​، إلخ) بعد عدد معين من الدورات (تساوي عدة ملايين) بالكاد تتغير ؛ لذلك ، فإن نفس الضغوط القصوى تتوافق مع عدد الدورات ، حتى عدة مرات أكبر ، على منحنى التعب. في هذا الصدد ، فإن عدد الدورات (عند اختبار مادة من أجل التحمل) محدود بحد معين ، وهو ما يسمى العدد الأساسي للدورات. إذا قاومت العينة العدد الأساسي للدورات ، فيُعتبر أن الضغط فيها ليس أعلى من حد التحمل. بالنسبة للصلب والحديد الزهر ، يُفترض أن يكون العدد الأساسي للدورات هو 107.

حد التحمل للصلب في دورة متناظرة هو عدة مرات أقل من قوة الشد (على وجه الخصوص ، لصلب الكربون 00.430).

منحنيات التعب للمعادن غير الحديدية والسبائك وبعض سبائك الفولاذ لا تحتوي على خط مقارب أفقي ، وبالتالي ، يمكن أن تفشل هذه المواد مع عدد كبير من الدورات ، حتى في ضغوط منخفضة نسبيًا.

لذلك ، فإن مفهوم حد التحمل لهذه المواد مشروط. بتعبير أدق ، بالنسبة لهذه المواد ، يمكن للمرء فقط استخدام مفهوم حد التحمل المحدود ، وهو القيمة القصوى للحد الأقصى (بالقيمة المطلقة) لضغط الدورة الذي لم يتم فيه تدمير العينة بعد عند عدد معين (أساسي) من الدورات . يتم أخذ العدد الأساسي للدورات في الحالات قيد النظر كبير جدًا - حتى.

في الحالات التي تكون فيها مدة خدمة عنصر هيكلي والتي تحدث فيها ضغوط متناوبة محدودة ، قد تتجاوز الضغوط القصوى حد التحمل ؛ ومع ذلك ، يجب ألا يتجاوزوا حد التحمل المحدود المقابل لعدد الدورات أثناء تشغيل العنصر المحسوب.

وتجدر الإشارة إلى أن حد التحمل لضغط الشد المركزي للعينة ما يقرب من 0.7-0.9 من حد التحمل لدورة الانحناء المتماثل. ويفسر ذلك حقيقة أنه أثناء الانحناء ، تكون النقاط الداخلية للمقطع العرضي أقل ضغطًا من النقاط الخارجية ، وأثناء ضغط التوتر المركزي ، تكون حالة الإجهاد موحدة. لذلك ، أثناء الانحناء ، يحدث تطور تشققات التعب بشكل أقل كثافة.

يبلغ حد الكلال لدورة التواء متناظرة للصلب في المتوسط ​​0.58 (58٪ من حد الكلال لدورة الانحناء المتناظرة).