Bevezetés
Az NBC védőcsapatok felszerelésének anyagi részének sikeres tanulmányozásához általános műszaki tudományágak mély ismerete szükséges. Számos gépalkatrész ciklikus igénybevételnek van kitéve működés közben. Ezért a kadétoknak legyen fogalmuk a stresszciklusok paramétereiről és típusairól, a jelenségről és az állóképességi határról.
Ezért az előadás anyaga nagy jelentőséggel bír. Az előadás célja, hogy a hallgatók megismerjék a ciklikus igénybevételekkel kapcsolatos alapvető fogalmakat és definíciókat, tanulmányozzák a szerkezeti elemek szilárdsági számításának kérdését adott típusú terhelés mellett.
A ciklikus feszültségek fogalma. A stresszciklusok paraméterei és típusai
A dinamikus terhelések jelentős tehetetlenségi erők hiánya ellenére a szerkezeti elemekre ható időszakos, ismétlődő (ciklikus) terheléseket foglalják magukban. Ez a fajta terhelés a legtöbb mérnöki szerkezetre jellemző, mint pl. tengelyek, tengelyek, rudak, rugók, hajtórudak stb.
Az anyagok ismétlődő változó terhelés alatti szilárdsága nagyban függ a feszültségek időbeli változásának természetétől.
- változó terhelés időben meghatározott változással, amelynek értékei egy bizonyos időszak (időszak) után ismétlődnek.Stressz ciklus- a változó feszültségek értékeinek összessége egy terhelésváltozási periódus alatt.
Általában egy feszültségciklust két fő ciklusparaméter jellemez: és - a ciklus maximális és minimális feszültsége.
Átlagos ciklus stressz 
.
Amplitúdó ciklus feszültség 
.
A feszültségciklus aszimmetria együtthatója.
A felsorolt jellemzők nagyságától függően a stresszciklusok a következő fő típusokra oszthatók:
Szimmetrikus ciklus- a maximális és minimális feszültség egyenlő in abszolút értékés ellenkező előjelben, R = -1.
Aszimmetrikus ciklus- a maximális és minimális feszültség abszolút értékben nem egyenlő, míg az aszimmetrikus ciklus lehet előjel-váltakozó vagy előjel-állandó.
váltakozó ciklus– a maximális és minimális feszültség abszolút értékben nem egyenlő, előjelben pedig ellentétes , , .
Állandó előjelű ciklus– a maximális és minimális feszültség abszolút értékben nem egyenlő, és azonos előjelű , , .
Nulla (pulzáló) ciklus– a maximális vagy minimális feszültség nulla vagy , vagy .
A fáradtság jelensége. fáradtsági görbe. állóképességi határ
A gyakorlat azt mutatja, hogy az időben ciklikusan változó terhelések nagysága vagy nagysága és előjele a folyáshatárnál (vagy szakítószilárdságnál) lényegesen kisebb feszültségeknél szerkezeti tönkremenetelhez vezethet. Az ilyen pusztítást "fáradtságnak" nevezik. Úgy tűnik, hogy az anyag "elfárad" az ismétlődő időszakos terhelés hatására.
fáradtság kudarca- az anyag megsemmisülése ismétlődő váltakozó feszültségek hatására.
Anyagfáradtság- a károsodás fokozatos felhalmozódása az anyagban változó feszültség hatására, ami repedések kialakulásához és tönkremeneteléhez vezet az anyagban.
Kitartás az anyag azon képessége, hogy ellenálljon a kifáradásnak.
Az anyagok kifáradásos tönkremenetelének fizikai okai meglehetősen összetettek és még nem teljesen ismertek. A fáradtság meghibásodásának egyik fő oka a repedések kialakulása és kialakulása.
A kifáradási tönkremenetel mechanizmusa nagymértékben összefügg az anyagok valós szerkezetének heterogenitásával (méretben, alakban, a szomszédos fémszemcsék tájolásában; különféle zárványok jelenléte - salakok, szennyeződések; kristályrács hibák, anyagfelületi hibák - karcolások, korrózió stb.). Az egyes zárványok határain változó feszültségeknél és a közel mikroszkopikus üregeknél és különböző hibáknál a jelzett inhomogenitás kapcsán feszültségkoncentráció lép fel, amely egyes fémszemcsék mikroplasztikus nyíródeformációihoz vezet, miközben a szemcsék felületén csúszósávok jelenhetnek meg. , és nyírási felhalmozódás, amely egyes anyagokon mikroszkopikus gumók és mélyedések - kihúzások és behatolások - formájában nyilvánul meg. Aztán ott van a mikrorepedésekbe való eltolódások kialakulása, növekedésük és összeolvadásuk; az utolsó szakaszban egy vagy több makrorepedés jelenik meg, amelyek meglehetősen intenzíven fejlődnek (növekednek). Élek repedése működés közben változó terhelés dörzsölje össze egymást, és ezért a repedésnövekedési zóna sima (polírozott) felülettel rendelkezik. A repedés növekedésével az alkatrész keresztmetszete egyre gyengül, végül az alkatrész hirtelen rideg törése következik be, míg a rideg törési zóna durva szemcsés kristályszerkezetű, mint a rideg törésnél.
A kifáradási görbe (Weller-görbe) szimmetrikus ciklusú kifáradási tesztek eredményei alapján épül fel. Azt mutatja, hogy a ciklusok számának növekedésével jelentősen csökken az a maximális feszültség, amelynél az anyag tönkremegy. Ugyanakkor sok anyagnál, például szénacélnál beállítható olyan maximális ciklusfeszültség, amelynél a minta nem esik össze tetszőleges számú ciklus után (a diagram vízszintes metszete), az úgynevezett tartóssági határ ( ).
Az állóképesség határa (fáradtság) a ciklus maximális (korlátozó) feszültsége, amelynél tetszőlegesen sok ciklus után nincs kifáradási hiba a mintán.
Mivel a tesztek nem végezhetők korlátlanul, a ciklusok számát egy bizonyos határérték korlátozza, amelyet ciklusok alapszámának nevezünk. Ebben az esetben, ha a minta kibírja az alap ciklusszámot (vasfémeknél - N= 10 7), akkor azt tekintjük, hogy a benne lévő feszültség nem haladja meg a tartóssági határt.
A színesfémek kifáradási görbéinek nincs vízszintes metszete, így ezeknél a ciklusok alapszámára növekszik N= 10 8 és a korlátozott állóképesség határa be van állítva.
A valós szerkezetekben az alkatrészek túlnyomó többsége aszimmetrikus terhelés mellett működik.
Diagram végső feszültségek(Smith-diagram) legalább három terhelési módra épül (három ponton), amelyek mindegyikére meghatározásra kerül az állóképességi határ.
Az első mód (1. pont) a szokásos szimmetrikus betöltési ciklus ( , , , ).
A második mód (2. pont) egy aszimmetrikus betöltési ciklus, általában nulla ( , , , ).
A harmadik mód (3. pont) az egyszerű statikus nyújtás ( , ).
A kapott pontokat egy sima vonal köti össze, melynek pontjainak ordinátái megfelelnek az anyag tartóssági határainak különböző értékeket ciklus aszimmetria együtthatója.
A határfeszültség diagram origóján szögben áthaladó nyaláb azonos aszimmetria-együtthatójú ciklusokat jellemez R :
.
Diagram korlátozza az amplitúdókat(Haig-diagram) koordinátákkal van ábrázolva: a ciklus átlagos feszültsége – a ciklus amplitúdója (7. ábra). Ugyanakkor a felépítéséhez legalább három üzemmódra kifáradási teszteket kell végezni: 1 - szimmetrikus ciklus; 2 – nulla ciklus; 3 - statikus nyújtás.
A kapott pontok sima görbével való összekapcsolásával egy grafikont kapunk, amely jellemzi a kapcsolatot a határamplitúdók értékei és a határértékek átlagos feszültségei között a ciklusban.
Az anyagtulajdonságokon kívül a következő tényezők befolyásolják a kifáradási szilárdságot: 1) feszültségkoncentrátorok jelenléte; 2) léptéktényező, vagyis az alkatrész abszolút méreteinek hatása (minél nagyobb az alkatrész, annál kisebb a kifáradási szilárdság); 3) a felületkezelés minősége (az alkatrész felületi érdességének csökkenésével a kifáradási szilárdság nő); 4) működési tényezők (hőmérséklet, korrózió, terhelési gyakoriság, sugárterhelés stb.); 5) különböző technológiai módszerekkel keményített felületi réteg jelenléte.
stressz-fáradás szilárdsági görbe
állóképességi határ jelölése (vagy ), ahol az R index a ciklus aszimmetria együtthatójának felel meg. Így például szimmetrikus ciklus esetén jelöljük, nulla ciklusnál (at ), konstans ciklusnál .
Szimmetrikus ciklus kitartási határa más típusú ciklusokhoz képest a legkisebb, azaz.
Például, 
; 
.
állóképességi határ
A nem hosszú távú működésre szánt alkatrészek kiszámításához meg kell határozni azt a legnagyobb feszültségértéket, amelyet egy anyag adott számú ciklusra (N) képes ellenállni, amelynek értéke kisebb, mint az alapérték (). Ebben az esetben a kifáradási görbe és adott ciklusszám (N) szerint a megfelelő feszültség (), ún. korlátozott kitartás határa.
Szimmetrikus ciklus állóképességi határtényezői
A statikus terhelés mellett működő alkatrész szilárdságának értékelésekor az alkatrész anyagának mechanikai jellemzői teljes mértékben azonosulnak a kísérlet eredményeként kapott mintaanyag mechanikai jellemzőivel. Ez nem veszi figyelembe sem az alkatrész és minta alakjában vagy méretében, sem más eltéréseket.
Az alkatrész kifáradásra való tervezésekor ezeket a tényezőket figyelembe kell venni. A szimmetrikus ciklusban a tartóssági határt befolyásoló legjelentősebb tényezők a feszültségkoncentráció, az alkatrész keresztmetszetének abszolút méretei és felületének érdessége. Ez könnyen megmagyarázható azzal, hogy a fenti tényezők mindegyike hozzájárul a mikrorepedések kialakulásához és terjedéséhez.
A stresszkoncentráció hatása
Alávágások közelében, lyukak szélén, olyan helyeken, ahol a rúd alakja megváltozik, vágásoknál stb. az anyagok ellenállására vonatkozó szokásos képletekkel számított névleges feszültségekhez képest meredeken megnövekednek a feszültségek. Az ilyen jelenséget ún stresszkoncentráció, és a feszültségek jelentős növekedését okozó ok az stresszkoncentrátor.
A megnövekedett feszültségek eloszlási zónája tisztán lokális jellegű, ezért ezeket a feszültségeket gyakran lokálisnak nevezik.
Időben változó feszültségeknél a mintán lévő feszültségkoncentrátor jelenléte a tartóssági határ csökkenéséhez vezet. Ez azzal magyarázható, hogy a feszültségek többszörös változása a feszültségkoncentrációs zónában repedés kialakulásához és továbbfejlődéséhez vezet, amit a minta kifáradási tönkremenetele követ.
A feszültségkoncentrációnak a minta kifáradási ellenállását csökkentő hatásának értékelésére, figyelembe véve az anyag feszültségkoncentrációra való érzékenységét, bevezetjük az effektív koncentrációs együttható fogalmát, amely a szabvány tartóssági határának aránya. feszültségkoncentráció nélküli minta a feszültségkoncentrációjú minta kifáradási határáig: 
(vagy 
).
A keresztmetszet abszolút méreteinek befolyása
A minták keresztmetszete méretének növekedésével, az állóképességi határ csökkenése. Ezt a hatást a keresztmetszet abszolút méreteinek befolyási együtthatója veszi figyelembe (korábban ezt az együtthatót léptéktényezőnek nevezték). Az említett együttható egyenlő a d átmérőjű sima minták tartóssági határának és a 7,5 mm átmérőjű sima standard minta tartóssági határának arányával: 
(vagy 
).
Felületi érdesség
Az alkatrész felületének megmunkálása jelentős hatással van a tartóssági határra. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az alkatrész durvább felületkezelése további helyeket hoz létre a feszültségkoncentrátorok számára, és ezért további feltételek kialakulásához vezet a mikrorepedések megjelenéséhez.
Az anyagok kifáradási szilárdságát jellemző fő paraméter, pl. szilárdság ismételt váltakozó terhelések mellett is kitartási határa R a ciklusfeszültség azon maximális abszolút értéke, amelynél az anyag kifáradási tönkremenetele még nem következik be az alapszámhoz N nál nél betöltési ciklusok. Az alapra, pl. a vizsgálat során megadott legnagyobb ciklusszám vasfémeknél 10 7 töltési ciklus, színesfémnél 10 8 terhelési ciklus. A tartóssági határ kijelölésében szereplő index megfelel a feszültségciklus aszimmetria együtthatójának a tesztelés során. Tehát szimmetrikus ciklus esetén a tartóssági határt y-1 jelöli, nulla ciklus esetén pedig y 0. Egy anyag tartóssági határát úgy határozzák meg, hogy a mintákat kifáradásra vizsgáló gépeken tesztelik. A legelterjedtebb a próbatestek szimmetrikus feszültségciklus alatti vizsgálata. A próbatestek hajlítási vizsgálatára szolgáló berendezés elrendezése a 2. ábrán látható. 5. Az 1. minta a 2. szorítóval együtt állandó szögsebességgel forog. A minta végén van egy erővel terhelt 3 csapágy Fállandó irány. A mintát szimmetrikus ciklussal hajlító alakváltozásnak vetjük alá. A legnagyobb feszültségek a minta felületén a legveszélyesebb I - I szakaszban lépnek fel, és y = M és /W definíció szerint történik, ahol M és = F?? - hajlítási nyomaték a szakaszban; W \u003d 0,1d 3 - az ellenállási nyomaték a minta keresztmetszetének semleges tengelyéhez képest, egy átmérőjű kör d. A pontban bemutatott helyzetben DE húzófeszültségek hatnak, mivel a minta domborúan felfelé hajlik. A minta 180°-os elforgatása után a ponton DE azonos nagyságú nyomófeszültségek fognak hatni, pl. -y. A semleges tengelyen való áthaladáskor a pontban lévő feszültség DE nulla lesz.
Azonos minták kifáradási meghibásodásának tesztelésével a ciklusfeszültségek különböző értékeinél egy grafikont készítünk, amely jellemzi az y maximális feszültségek és a meghibásodásig tartó ciklusok száma (N ciklusélettartam) közötti kapcsolatot. Ezt a függést (6. ábra) ún fáradtsági görbe vagy Weller görbe, annak a német tudósnak a tiszteletére, aki először megépítette. Fáradási görbe felépítése koordinátákban nál nél max -N legalább 10 egyforma minta szükséges, amelyhez szigorú követelményeket méretpontosság, felületi érdesség. A minták közül az elsőt erővel terheljük Fígy a ciklus maximális feszültsége 1-nél valamivel kisebb volt, mint az anyag végső szilárdsága (1-nél< у u) и испытывают до разрушения, отмечая (рис. 6) точку DE y 1 koordinátákkal és a megsemmisítésig tartó ciklusok számával N 1 .
A második mintát úgy teszteljük, hogy feszültséget hozunk létre benne nál nél 2 kevesebb, mint az elsőben (2< у 1) образце. Число циклов до разрушения этого образца будет N 2 (N2>N1). Jelöljön ki egy pontot a grafikonon NÁL NÉL koordinátákkal nál nél 2 , N 2 . A vizsgált minták maximális ciklusfeszültségének fokozatos csökkentésével a vizsgálatokat a minták megsemmisüléséig végezzük, amíg az egyik az alapszámra össze nem esik. N nál nél betöltési ciklusok. A pontok sima vonallal sorba kapcsolásával DE, NÁL NÉL, TÓL TŐL, …, a minták vizsgálata során megszerkesztve egy kifáradási görbét kapunk. Az alapszámnak megfelelő feszültség N nál nél ciklusok, és van egy kitartási határ nál nél- 1 hajlító anyag. Más vizsgálógépeken a hajlítási próbához hasonlóan az anyag teherbírási határait csavarás (f - 1), húzás - összenyomás (y - 1r) során határozzák meg. Számos anyag esetében kísérletileg megállapították a hajlítási, torziós és húzási-nyomási tartóssági határok közötti arányokat. Például acéloknál f-1 = 0,55y-1; y-1p = 0,7y-1. A szimmetrikus terhelési ciklus alatti teherbírási határ minden fémnél, kivéve a nagyon gömbgrafitosakat (réz, műszaki vas), kisebb, mint a rugalmassági határ, a terhelési gyakoriság növekedésével kismértékben nő.
Az irodalomban tucatnyi egyenletet javasoltak, amelyek különböző anyagok és próbatestek fáradási görbéit írják le. A mérnöki számításokban leggyakrabban a kifáradási görbe teljesítményegyenletét használják
y m N = állandó, (10)
ahol N- a ciklusok száma a meghibásodás előtt a ciklus maximális igénybevétele mellett; m- anyagtól, mintaparaméterektől függő kitevő, fémeknél m = 5 ... 10.
Gyakran a termékek élettartama, különösen a speciális egyszeri használat korlátozott, az üzem közbeni N betöltési ciklusok száma kevesebb, mint az alap (N< N у). Уравнение (10)позволяет при расчетах таких изделий на усталостную прочность определять предельно максимальные напряжения в циклах или ограниченный предел выносливости nál nél- 1N az adott ciklusszámnak megfelelő N Betöltés
N \u003d N y (y- 1 / y- 1N) m , (12)
ahol a mennyiségek nál nél- 1 , N nál nél , m anyagok referenciaadataiból vettük. A (11) és (12) egyenlet alkalmazása csak akkor lehetséges, ha a kifáradási károsodás fizikája és mechanizmusa változatlan marad. gépezet nagy ciklusú fáradtság. A nagyciklusú kifáradás garantáltan bekövetkezik, ha a meghibásodás előtti ciklusok száma legalább 10 4, azaz. N? 10 4 .
Az anyagok kifáradási szilárdsági jellemzőinek meghatározása fáradtságvizsgálattal munkaigényes és költséges folyamat a vizsgálati eredmények hossza és jelentős szórása miatt. A tartóssági határértékek hozzávetőleges becslésének empirikus függéseit keresik az anyag statikus terhelés alatti mechanikai tulajdonságainak nagyságától. Tehát a szénacél szimmetrikus terhelési ciklusú hajlítási teherbírási határértéke y-1 = (0,4 ... 0,45) y ut ; színesfémekre y- 1 = = (0,24 ... 0,5) y ut , ahol nál nél ut az anyag szakítószilárdsága.
Mint a kísérletek mutatják, az anyag tartóssági határának értéke nagymértékben függ a szélsőértékek arányától R max és p min változó feszültség. Ha ezek az értékek egyenlő nagyságúak R a és ellentétes előjelűek (14.1. ábra), akkor van szimmetrikus ciklus, amelynél a legalacsonyabb az állóképességi határ.
Rizs. 14.1
Ha hozzáadjuk a szimmetrikusan oszcilláló +-on belül R a és - R a a feszültség is állandó feszültség R m (14.2. ábra), akkor megkapjuk az esetet aszimmetrikus ciklus; ebben az esetben a kitartási határ magasabb, mint a szimmetrikus ciklusnál.
Szélsőséges feszültség a kiegyensúlyozatlan ciklushoz R max és p min lesz (14.2. ábra):
R max = p m + p a és p min = p m - p a ;
viszont
Feszültség R t a ciklus átlagos feszültségének nevezzük, és R a - a ciklus feszültségingadozásainak amplitúdója. A relációt ún ciklus jellemzői. Szimmetrikus ciklussal R t = 0, p min = -p maxés r=-1; állandó statikus feszültség mellett R a = 0, p min =p max és r= +1; ha p min =0, majd és r = 0.Íme néhány példa az aszimmetrikus ciklusokra:
A feszültségingadozások amplitúdójának kétszerese R a
a ciklus "span"-jának nevezik.
A váltakozó igénybevételek bármely ciklusára vonatkozó tartóssági határértéket a következővel jelöljük R, vagy alul a megfelelő ciklusjellemzőt jelző ikonnal. Így, p -1 - karakterisztikus szimmetrikus ciklus kitartási határa r=-1, p 0,2 - jellemzővel rendelkező aszimmetrikus ciklus tartóssági határa r= +0,2 stb.
A legnagyobb érdekesség a szimmetrikus ( R m= 0) ciklus, mint a legkisebb. Ez az érték különbözik a hajlítási alakváltozás, az axiális alakváltozás (feszítés és összenyomás) és a csavarás esetén.
A hajlítási teherbírás meghatározásához olyan gépeket használnak, amelyekben egy kör keresztmetszetű mintát golyóscsapágyakon keresztül terhelnek, akár konzolként - a végén erővel, akár csuklós gerendaként - szimmetrikusan elhelyezett egyenlő erőkkel; a minta körülbelül 2000-3000 fordulat/perc sebességgel forog. A mintaanyag minden fordulattal a legnagyobb igénybevételnek kitett helyeken a feszültségváltozások szimmetrikus ciklusát tapasztalja a legnagyobb összenyomástól az azonos legnagyobb feszültségig, és fordítva. A minta által vizsgált ciklusok számát a minta fordulatszáma határozza meg N, speciális számlálóval jelölve.
A minták nagyon sima körvonalú formát kapnak, kizárva a helyi feszültségek lehetőségét. Az állóképességi határ meghatározására vonatkozó tapasztalatok a következők. A vizsgált anyagból 6-10 darab mintát készítenek; A minták sorszámmal vannak ellátva: 1, 2, 3…
Az első mintát a gépbe helyezzük, és úgy terheljük, hogy a legmagasabb normál feszültség egy bizonyos értéket kapjunk; ezt az értéket általában az anyag szakítószilárdságának 0,5-0,6-ával egyenlőnek veszik; majd a gépet beindítják, és a mintát forog, tesztel változó feszültségek+"-tól -"-ig amíg szünet nem következik be. Ebben a pillanatban egy speciális eszköz leállítja a motort, a gép leáll, és a fordulatszámmérő mutatja a ciklusok számát N 1 szükséges a minta feszültség alatti töréséhez".
A második mintát ugyanabban a sorrendben tesztelik "feszültségen", kisebb", a harmadik - "" feszültségen<", 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.
Kísérletek kimutatták, hogy ha egy acélminta 1010 6 ciklus után nem esett össze, akkor szinte korlátlan számú ciklust (10010 6 - 20010 6) képes kibírni. Ezért egy adott acélminőség tartóssági határának meghatározásakor a kísérletet leállítjuk, ha a minta tapasztalt
1010 6 ciklus és nem tört el. Egyes esetekben a tesztelés során a ciklusok kisebb határszámára korlátozódnak, de nem kevesebb, mint 510 6 .
A színesfémeknél nincs ilyen függés, és annak megállapításához, hogy a minta egy adott feszültség mellett valóban elvisel-e nagyon sok előjelváltozást, 20010 6, sőt 50010 6 ciklust is fel kell adni. Ebben az esetben a törés hiányának megfelelő feltételes állóképességi határról beszélhetünk bizonyos számú feszültségjelváltozásnál - 1010 6 , 3010 6 stb.
Az állóképességi határ számértékének meghatározásához a kapott eredményeket grafikusan dolgozzuk fel. A 14.3 és a 14.4 ábra két módszert mutat be az ilyen feldolgozásra. Ezek közül az elsőn az ordinátatengely mentén a mennyiségek ", ",. .. és az abszcissza mentén N 1 , N 2 stb. Az eredményül kapott görbe vízszintes érintőjének ordinátája (aszimptoták) egyenlő lesz a kitartási határértékkel. A második rajzon az x tengely egyenlő értékeket ábrázol. Ebben az esetben a tartóssági határt úgy definiáljuk, mint egy szakaszt, amelyet az ordináta tengelyén a kapott görbe folytatása vág le, mivel a koordináták origója megfelel N=. Jelenleg a második módszer gyakoribb.
Hasonlóképpen meg kell határozni az axiális erők (feszítés és összenyomás) és a csavarás tartóssági határát; erre a célra speciális vizsgálógépeket (pulzátorokat stb.) is használnak.
Jelenleg rengeteg kísérleti eredmény született különböző anyagok tartóssági határának meghatározására, a legtöbb kutatás az acélra, mint a gépiparban leggyakrabban használt anyagra vonatkozik. E vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a kitartási határ minden minőségű acél többé-kevésbé határozott kapcsolat csak a végső szakítószilárdság nagyságával c. Hengerelt és kovácsolt anyagoknál a szimmetrikus ciklus tartóssági határa hajlítás esetén 0,40-0,60 V; öntéshez ez az arány 0,40 és 0,46 között van.
Ily módon biztonsági ráhagyás kellő pontossággal a gyakorlati célokra minden acélminőségre elfogadható
Ha acélmintát vetünk alá tengelyirányú szimmetrikus ciklusban (váltakozó feszítés és nyomás), akkor a megfelelő tartóssági határ, amint azt a kísérletek mutatják, alacsonyabb lesz, mint hajlításnál; ezeknek a kitartási határoknak az arányát a kísérletek szerint egyenlőnek tekinthetjük 0,7-tel, azaz. .
Ez a csökkenés azzal magyarázható, hogy a feszítés és összenyomás során a teljes szakasz azonos feszültségeknek van kitéve; hajlításnál a legnagyobb igénybevételek csak a legkülső szálakban jelentkeznek; az anyag többi része gyengébben működik, és így valamivel nehezebben keletkeznek kifáradási repedések; emellett a gyakorlatban mindig van némi excentricitás az axiális terhelésben.
Végül egy szimmetrikus ciklus torziójában a nyírófeszültségek tartóssági határa átlagosan a hajlítási teherbírási határ 0,55-e. Így szimmetrikus ciklusú acélhoz
Ezek az adatok felhasználhatók a szilárdsági vizsgálat számítási képleteinek alapjául.
A színesfémek esetében kevésbé stabil kapcsolatunk van a tartóssági határ és a szakítószilárdság között; tapasztalatok adnak
= (0,24 0,50) c.
A fenti összefüggések (14.1) alkalmazásakor szem előtt kell tartani, hogy az adott anyagra vonatkozó tartóssági határ nagyon sok tényezőtől függő jellemző; adatok (14.1) relatív mintákkal végzett kísérletekre vonatkoznak kis átmérőjű(7-10 mm) polírozott felülettel és a keresztmetszet alakjában bekövetkező éles változások hiányával.
Az anyag azon képességét, hogy érzékeli a váltakozó feszültségek ismétlődő hatását, állóképességnek, a szerkezeti elemek szilárdságának ellenőrzését az ilyen feszültségek hatására pedig tartóssági számításnak (vagy kifáradási szilárdsági számításnak) nevezzük.
A váltakozó igénybevételeknél a szilárdsági számításokhoz szükséges anyag mechanikai jellemzőinek eléréséhez speciális tartóssági (fáradási) vizsgálatokat végeznek. Ezekhez a vizsgálatokhoz egy sor teljesen azonos mintát készítenek (legalább 10 db).
A leggyakoribb vizsgálatok a szimmetrikus feszültségciklus alatti tiszta hajlításra vonatkoznak; a következő sorrendben hajtják végre.
Az első mintában egy speciális gép segítségével feszültségciklusokat hoznak létre, amelyeket elég nagy feszültségértékek jellemeznek (kicsit kisebbek, mint az anyag végső szilárdsága) ahhoz, hogy a minta tönkremenetele viszonylag kis szám után következzen be. az elfogadott skálán) a minta pusztulását okozó ciklusok száma, az ordináta pedig a feszültségérték (5.15. ábra).
Ezután egy másik mintát tesztelünk feszültség alatti tönkremenetelre, ennek a mintának a vizsgálati eredményét egy ponttal ábrázoljuk a grafikonon.Az ugyanabból a sorozatból származó többi minta tesztelésével hasonlóan kapjuk meg a IV, V stb. pontokat. a kísérletekből kapott sima görbe pontjaiból kapjuk meg az úgynevezett fáradási görbét, vagy a szimmetrikus ciklusoknak megfelelő Wöhler-görbét (5.15. ábra).
Hasonlóképpen kifáradási görbéket kaphatunk az aszimmetria-együttható más értékeivel rendelkező ciklusoknak megfelelően
Az anyag tönkremenetele egyetlen terhelés hatására abban a pillanatban következik be, amikor a benne fellépő feszültségek egyenlőek a szakítószilárdsággal, ezért a fáradási görbék atax ordinátái egyenlők
A tartóssági görbe (5.15. ábra) azt mutatja, hogy a ciklusok számának növekedésével csökken az a maximális feszültség, amelynél az anyag tönkremegy. Az alacsony vagy közepes széntartalmú anyagok, valamint egyes ötvözött acélok kifáradási görbéjének vízszintes aszimptotája van. Következésképpen az R aszimmetria-együttható adott értékénél és egy bizonyos értéknél kisebb maximális igénybevételnél az anyag nem tönkremegy, bármilyen nagy a ciklusszám.
Azt a legnagyobb (végső) maximális ciklusfeszültséget, amelynél egy adott anyagból készült mintán tetszőlegesen sok ciklus után nincs kifáradási hiba, tartóssági határnak nevezzük. Így a kitartási határ egyenlő a fáradtsági görbe aszimptotájának ordinátájával. Pokolnak van jelölve; szimmetrikus ciklus esetén az aszimmetria-együtthatót és a kitartási határt ebben a ciklusban jelöljük (lásd 5.15. ábra).
Nyilvánvaló, hogy egy minta tesztelésekor lehetetlen ugyanazt a feszültségciklust korlátlanul megismételni, de ez nem szükséges. Egyes anyagok (alacsony és közepes széntartalmú acélok stb.) kifáradási görbéjének ordináta atax-a bizonyos számú (több millióval egyenlő) ciklus után alig változik; ezért a kifáradási görbén ugyanazok a maximális feszültségek felelnek meg a ciklusok számának, akár többszöröse is. Ebben a tekintetben a ciklusok számát (az anyag tartósságának vizsgálatakor) egy bizonyos határérték korlátozza, amelyet a ciklusok alapszámának neveznek. Ha a minta kibírja az alap ciklusszámot, akkor azt tekintjük, hogy a benne lévő feszültség nem haladja meg a tartóssági határt. Acél és öntöttvas esetében a ciklusok alapszáma 107.
Az acél tartóssági határa szimmetrikus ciklusban többszöröse a szakítószilárdságnak (különösen a 00.430 szénacél esetében).
A színesfémek és ötvözetek, valamint egyes ötvözött acélok kifáradási görbéinek nincs vízszintes aszimptotájuk, ezért az ilyen anyagok kellően nagy ciklusszámmal még viszonylag kis feszültség mellett is meghibásodhatnak.
Ezért ezeknél az anyagoknál a tartóssági határ fogalma feltételes. Pontosabban, ezekre az anyagokra csak a korlátozott tartóssági határ fogalmát lehet használni, amely a ciklus maximális (abszolút értékben kifejezett) feszültségének maximális értékének a neve, amelynél a minta még nem roncsolódik. bizonyos (alap)számú ciklus. A ciklusok alapszámát a vizsgált esetekben nagyon nagynak vesszük - legfeljebb .
Azokban az esetekben, amikor egy olyan szerkezeti elem élettartama, amelyben váltakozó igénybevételek lépnek fel, korlátozott, a maximális igénybevételek meghaladhatják a tartóssági határt; ezek azonban nem léphetik túl a számolt elem működése során a ciklusok számának megfelelő korlátozott tartóssági határt.
Meg kell jegyezni, hogy a minta központi feszültségének-kompressziójának tartóssági határa körülbelül 0,7-0,9 a szimmetrikus hajlítási ciklus tartóssági határának. Ez azzal magyarázható, hogy hajlításkor a keresztmetszet belső pontjai kisebb igénybevételnek vannak kitéve, mint a külsők, és a központi feszítés-kompresszió során egyenletes a feszültségállapot. Ezért a hajlítás során a fáradási repedések kialakulása kevésbé intenzív.
A szimmetrikus torziós ciklus tartóssági határa acél esetében átlagosan 0,58 (a szimmetrikus hajlítási ciklus kifáradási határának 58%-a).
