소개
NBC 보호 부대 장비의 재료 부분을 성공적으로 연구하려면 일반 기술 분야에 대한 깊은 지식이 필요합니다. 많은 기계 부품은 작동 중에 주기적인 응력을 받습니다. 따라서 생도들은 스트레스 사이클의 매개변수와 유형, 현상 및 지구력 한계에 대한 아이디어를 가지고 있어야 합니다.
따라서 이 강의의 자료는 매우 중요합니다. 이 강의의 목적은 학생들에게 주기적인 응력과 관련된 기본 용어와 정의를 제공하고 주어진 유형의 하중 하에서 강도에 대한 구조적 요소를 계산하는 문제를 연구하는 것입니다.
순환 응력의 개념. 스트레스 사이클의 매개변수 및 유형
상당한 관성력이 없음에도 불구하고 동적 하중에는 구조 요소에 작용하는 주기적인 다중 반복(순환) 하중이 포함됩니다. 이러한 종류의 하중은 차축, 샤프트, 로드, 스프링, 커넥팅 로드 등과 같은 대부분의 엔지니어링 구조에 일반적입니다.
반복 가변 하중 하에서 재료의 강도는 시간 경과에 따른 응력 변화의 특성에 크게 의존합니다.
- 일정 기간(기간) 후에 값이 반복되는 시간 설정 변경 특성을 가진 가변 부하.스트레스 사이클- 한 번의 하중 변화 기간 동안의 모든 가변 응력 값의 총계.
일반적으로 응력 사이클은 두 가지 주요 사이클 매개변수로 특징지어집니다. - 사이클의 최대 및 최소 응력.
평균 사이클 전압 
.
진폭 주기 전압 
.
응력 주기의 비대칭 계수입니다.
나열된 특성의 크기에 따라 스트레스 사이클은 다음과 같은 주요 유형으로 나눌 수 있습니다.
대칭 주기- 최대 및 최소 전압은 다음과 같습니다. 절대값그리고 반대 기호, 아르 자형 = -1.
비대칭 주기- 최대 및 최소 전압은 절대값이 동일하지 않은 반면 비대칭 주기는 부호 교대 또는 부호 상수일 수 있습니다.
교대 주기- 최대 및 최소 전압은 절대값이 같지 않고 부호 , , .
상수 부호 주기- 최대 및 최소 전압은 절대값이 같지 않고 동일한 부호 , , .
제로(맥동) 주기- 최대 또는 최소 전압이 0 또는 , 또는 .
피로 현상. 피로 곡선. 지구력 한계
실습에서 알 수 있듯이 시간에 따라 크기나 크기 및 부호가 주기적으로 변하는 하중은 항복 강도(또는 인장 강도)보다 훨씬 낮은 응력에서 구조적 파손을 유발할 수 있습니다. 이러한 파괴를 "피로"라고 합니다. 반복되는 주기적인 하중의 작용으로 재료가 "지쳐지는" 것처럼 보입니다.
피로 실패- 반복적으로 교번하는 응력의 작용으로 재료가 파괴됩니다.
재료 피로- 가변 응력의 작용으로 재료에 손상이 점진적으로 축적되어 재료에 균열이 형성되고 파괴됩니다.
지구력피로 파괴에 저항하는 재료의 능력입니다.
재료의 피로 파괴의 물리적 원인은 매우 복잡하며 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 피로 파괴의 주요 원인 중 하나는 균열의 형성 및 발달로 간주됩니다.
피로 파괴의 메커니즘은 주로 재료의 실제 구조의 이질성(크기, 모양, 인접 금속 입자의 방향의 차이, 다양한 개재물의 존재 - 슬래그, 불순물, 결정 격자 결함, 재료 표면 결함 - 스크래치, 부식 등). 개별 Inclusion의 경계 및 미세한 공극 및 다양한 결함의 경계에서 가변 응력에서 표시된 불균일성과 관련하여 응력 집중이 발생하여 일부 금속 입자의 미세 소성 전단 변형을 유발하는 반면 입자 표면에는 슬립 밴드가 나타날 수 있습니다. , 및 전단 축적, 일부 재료에서는 미세한 결절 및 함몰 - 돌출 및 침입의 형태로 나타납니다. 그런 다음 미세 균열, 성장 및 병합으로의 이동이 있습니다. 마지막 단계에서 하나 또는 여러 개의 거대 균열이 나타나며 상당히 집중적으로 발전(성장)합니다. 작업 중인 균열 가장자리 가변 하중서로 마찰하여 균열 성장 영역은 매끄러운(광택된) 표면을 갖습니다. 균열이 커짐에 따라 부품의 단면이 점점 약해지고 최종적으로 부품의 급격한 취성파괴가 발생하는 반면, 취성파괴영역은 취성파괴와 같이 거친 결정구조를 갖는다.
피로 곡선(웰러 곡선)은 대칭 주기의 피로 테스트 결과를 기반으로 작성되었습니다. 사이클 수가 증가함에 따라 재료의 파괴가 발생하는 최대 응력이 크게 감소함을 보여줍니다. 동시에 많은 재료(예: 탄소강)의 경우 샘플이 여러 사이클(다이어그램의 수평 섹션) 후에도 붕괴되지 않는 최대 사이클 응력을 설정할 수 있습니다. 이를 내구 한계( ).
지구력의 한계(피로)임의의 많은 수의 사이클 후에 샘플의 피로 파괴가 없는 사이클의 최대(제한) 응력입니다.
테스트를 무한정 수행할 수 없기 때문에 주기 수는 기본 주기 수라고 하는 특정 제한으로 제한됩니다. 이 경우 샘플이 기본 사이클 수(철금속의 경우 - N= 10 7), 그 안의 전압은 내구성 한계보다 높지 않은 것으로 간주됩니다.
비철금속의 피로 곡선에는 수평 단면이 없으므로 기본 사이클 수에 대해 다음으로 증가합니다. N= 10 8 그리고 제한된 지구력의 한계가 설정됩니다.
실제 구조에서 대부분의 부품은 비대칭 하중 하에서 작동합니다.
도표 궁극적인 스트레스(Smith 다이어그램)은 각각에 대해 내구성 한계가 결정되는 3개 이상의 로딩 모드(3개 지점)를 기반으로 합니다.
첫 번째 모드(포인트 1)는 일반적인 대칭 로딩 주기( , , , )입니다.
두 번째 모드(포인트 2)는 비대칭 로딩 주기이며 일반적으로 0( , , , )입니다.
세 번째 모드(포인트 3)는 단순 정적 스트레칭( , )입니다.
얻은 점은 부드러운 선으로 연결되며 점의 세로 좌표는 에서 재료의 내구성 한계에 해당합니다. 다른 값사이클 비대칭 계수.
한계 응력 다이어그램의 원점을 통해 비스듬히 통과하는 빔은 동일한 비대칭 계수를 갖는 사이클을 특성화합니다. 아르 자형 :
.
도표 진폭 제한(Haig 다이어그램)은 좌표로 표시됩니다: 주기의 평균 응력 – 주기의 진폭(그림 7). 동시에 그것을 구축하려면 적어도 세 가지 모드에 대한 피로 테스트를 수행해야합니다. 1 - 대칭 사이클; 2 - 제로 사이클; 3 - 정적 스트레칭.
얻은 점을 부드러운 곡선으로 연결하면 제한 진폭 값과 사이클의 제한 평균 응력 값 사이의 관계를 특성화하는 그래프가 얻어집니다.
재료 특성 외에도 다음 요인이 피로 강도에 영향을 미칩니다. 1) 응력 집중 장치의 존재; 2) 축척 계수, 즉 부품의 절대 치수의 영향(부품의 크기가 클수록 피로 강도가 낮아짐) 3) 표면 처리 품질(부품의 표면 거칠기가 감소함에 따라 피로 강도가 증가함); 4) 작동 요인(온도, 부식, 하중 빈도, 방사선 노출 등); 5) 다양한 기술적 방법에 의해 경화된 표면층의 존재.
응력 피로 강도 곡선
지구력 한계(또는 )로 표시되며, 여기서 지수 R은 주기 비대칭 계수에 해당합니다. 따라서 예를 들어 대칭 주기의 경우 , 제로 주기(at )의 경우, 일정한 주기의 경우 로 표시됩니다.
대칭 주기에 대한 내구성 한계는 다른 유형의 사이클에 비해 가장 작습니다. 즉, .
예를 들어, 
; 
.
지구력 한계
장기 작동용이 아닌 부품을 계산하려면 해당 값이 기본 값()보다 작은 지정된 주기 수(N) 동안 재료가 견딜 수 있는 가장 높은 응력 값을 결정해야 합니다. 이 경우 피로 곡선과 주어진 주기 수(N)에 따라 해당 응력()을 제한된 지구력의 한계.
대칭 주기에 대한 내구성 제한 요소
정적 하중 하에서 작동하는 부품의 강도를 평가할 때 부품 재료의 기계적 특성은 실험 결과 얻은 샘플 재료의 기계적 특성과 완전히 식별됩니다. 이것은 부품과 샘플의 모양이나 크기의 차이 또는 기타 차이점을 고려하지 않습니다.
피로 부품을 설계할 때 이러한 요소를 고려해야 합니다. 대칭 주기에서 내구성 한계에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 응력 집중, 부품 단면의 절대 치수 및 표면 거칠기입니다. 이것은 위의 모든 요인이 미세 균열의 발생 및 전파에 기여한다는 사실로 쉽게 설명됩니다.
스트레스 집중의 영향
언더컷 부근, 구멍 가장자리, 로드 형상이 변하는 곳, 절단 부위 등 재료의 저항에 대한 일반적인 공식을 사용하여 계산된 공칭 응력과 비교하여 응력이 급격히 증가합니다. 이와 같은 현상을 스트레스 집중, 스트레스를 크게 증가시키는 원인은 스트레스 집중기.
증가된 응력의 분포 영역은 본질적으로 순전히 국부적이므로 이러한 응력을 종종 국부적이라고 합니다.
시간에 따라 변하는 응력에서 샘플에 응력 집중 장치가 있으면 내구성 한계가 감소합니다. 이것은 응력 집중 영역에서 응력의 다중 변화가 균열의 형성 및 추가 발달로 이어지며 시편의 피로 파괴가 뒤따른다는 사실에 의해 설명됩니다.
응력 집중이 시료의 피로 저항 감소에 미치는 영향을 평가하기 위해 응력 집중에 대한 재료의 민감도를 고려하여 표준의 내구성 한계의 비율인 유효 농도 계수의 개념을 도입했습니다. 응력 집중이 없는 샘플에서 응력 집중이 있는 샘플의 피로 한계까지: 
(또는 
).
단면의 절대 치수의 영향
샘플의 단면 크기가 증가함에 따라, 지구력 한계 감소. 이 영향은 단면의 절대 치수의 영향 계수에 의해 고려됩니다(이전에는 이 계수를 축척 계수라고 함). 언급된 계수는 직경이 d인 매끄러운 샘플의 내구성 한계와 직경이 7.5mm인 매끄러운 표준 샘플의 내구성 한계의 비율과 같습니다. 
(또는 
).
표면 거칠기
부품의 표면 가공은 내구성 한계에 상당한 영향을 미칩니다. 이는 부품의 거친 표면 처리가 응력 집중 장치를 위한 추가 위치를 생성하고 따라서 미세 균열의 출현을 위한 추가 조건으로 이어지기 때문입니다.
재료의 피로 강도를 특성화하는 주요 매개변수, 즉 반복되는 교대 하중 하에서의 강도, 지구력 한계 아르 자형재료의 피로파괴가 아직 발생하지 않은 사이클 응력의 최대 절대값 N ~에로딩 주기. 기본, 즉. 철금속 10 7 하중주기 및 비철금속 - 10 8 에 대해 테스트 중에 지정된 최대 주기 수를 취합니다. 내구성 한계 지정의 지수는 테스트 중 응력 사이클의 비대칭 계수에 해당합니다. 따라서 대칭 사이클의 경우 내구성 한계는 y-1로 표시되고 제로 사이클의 경우 y 0으로 표시됩니다. 재료의 내구성 한계는 시험기의 피로 샘플을 테스트하여 결정됩니다. 가장 일반적인 것은 대칭 응력 주기 하에서 시편을 시험하는 것입니다. 굽힘 시험편의 설치 배치는 그림 1에 나와 있습니다. 5. 샘플 1은 클램프 2와 함께 일정한 각속도로 회전합니다. 샘플의 끝에는 힘이 가해지는 베어링 3이 있습니다. 에프영구적인 방향. 샘플은 대칭 주기로 굽힘 변형을 받습니다. 최대 응력은 가장 위험한 단면 I - I의 샘플 표면에서 발생하며 y = M 및 /W로 정의됩니다. 여기서 M 및 = F?? - 단면의 굽힘 모멘트; W \u003d 0.1d 3 - 샘플 단면의 중립 축에 대한 저항 모멘트, 지름이 있는 원 디. 시점에서 제시된 위치에서 하지만샘플이 위쪽으로 볼록하게 구부러지면 인장 응력이 작용합니다. 해당 지점에서 샘플을 180° 회전시킨 후 하지만동일한 크기의 압축 응력이 작용합니다. -와이. 중성축을 지날 때 그 지점의 전압은 하지만 0이 될 것입니다.
서로 다른 사이클 응력 값에서 동일한 샘플의 피로 파손을 테스트함으로써 최대 응력 y와 파손까지의 사이클 수(사이클 수명 N) 사이의 관계를 특성화하는 그래프가 구성됩니다. 이 의존성(그림 6)은 피로 곡선또는 웰러 곡선, 그것을 처음 만든 독일 과학자에게 경의를 표합니다. 좌표에서 피로 곡선을 작성하려면 ~에 최대 - N최소한 10개의 동일한 샘플이 필요합니다. 엄격한 요구 사항치수 정확도, 표면 거칠기. 첫 번째 샘플에 힘이 가해집니다. 에프 1에서 사이클의 최대 응력이 재료의 극한 강도(1에서< у u) и испытывают до разрушения, отмечая (рис. 6) точку 하지만좌표 y 1 및 파괴 사이클 수 N 1 .
두 번째 샘플은 전압을 생성하여 테스트합니다. ~에 2 처음보다 (2에서< у 1) образце. Число циклов до разрушения этого образца будет N 2 (N 2 > N 1). 그래프에 점 표시 에좌표로 ~에 2 , N 2 . 테스트된 샘플의 최대 사이클 응력을 점진적으로 줄임으로써 샘플 중 하나가 기본 번호로 붕괴될 때까지 샘플이 파괴될 때까지 테스트가 수행됩니다. N ~에로딩 주기. 매끄러운 선으로 점을 직렬로 연결하여 하지만, 에, 에서, ..., 샘플 테스트 중에 구성된 피로 곡선을 얻습니다. 베이스 번호에 해당하는 전압 N ~에주기가 있고 내구성 한계가 있습니다. ~에- 1 굽힘 재료. 다른 시험기에서 굽힘 시험과 유사하게 재료의 내구성 한계는 비틀림(f - 1) 동안, 인장 - 압축(y - 1r) 동안 결정됩니다. 많은 재료에 대해 굽힘, 비틀림 및 인장 압축의 내구성 한계 사이의 비율이 실험적으로 설정되었습니다. 예를 들어, 강철의 경우 f-1 = 0.55y-1; y-1p = 0.7y-1. 매우 연성이 있는 금속(구리, 상업용 철)을 제외한 모든 금속에 대한 대칭 하중 주기에서 내구성 한계는 탄성 한계보다 작으며 하중 빈도가 증가함에 따라 약간 증가합니다.
다양한 재료와 시편의 피로 곡선을 설명하는 수십 개의 방정식이 문헌에 제안되어 있습니다. 공학 계산에서 피로 곡선의 거듭제곱 방정식이 가장 자주 사용됩니다.
ym N = 상수, (10)
어디 N- 사이클의 최대 응력에서 파손되기 전의 사이클 수 중- 금속에 대한 재료, 샘플 매개변수에 따른 지수 m = 5 ... 10.
종종 제품의 서비스 수명, 특히 특별한 일회성 사용은 제한되어 있으며 작동 중 로딩 사이클 수 N은 기본 (N< N у). Уравнение (10)позволяет при расчетах таких изделий на усталостную прочность определять предельно максимальные напряжения в циклах или ограниченный предел выносливости ~에- 1N주어진 사이클 수에 해당 N로딩
N \u003d N y (y-1 / y-1N) m, (12)
어디서 수량 ~에- 1 , N ~에 , 중재료에 대한 참조 데이터에서 가져온 것입니다. 방정식 (11)과 (12)의 사용은 피로 손상의 물리적 및 메커니즘이 유지하면서 변경되지 않은 경우에만 가능합니다. 기구 높은 사이클 피로. 고장 이전의 사이클 수가 적어도 10 4 인 경우, 즉 고주기 피로가 발생하는 것이 보장됩니다. N? 10 4 .
피로 시험으로 재료의 피로 강도 특성을 결정하는 것은 시험 결과의 길이와 상당한 분산으로 인해 힘들고 비용이 많이 드는 과정입니다. 정적 하중 하에서 재료의 기계적 특성의 크기에 대한 내구성 한계 값의 대략적인 추정치의 경험적 의존성을 추구합니다. 따라서 탄소강에 대한 대칭 하중 주기를 갖는 굽힘의 내구성 한계 값은 y-1 = (0.4 ... 0.45) y ut 입니다. 비철금속의 경우 y- 1 = = (0.24 ... 0.5) y ut , 여기서 ~에 어재료의 인장 강도입니다.
실험에서 알 수 있듯이 재료의 내구성 한계 값은 극한 값 사이의 비율에 크게 의존합니다. 아르 자형 최대 그리고 피 분 전압 변경. 이 값이 크기가 같으면 아르 자형 ㅏ 그리고 부호가 반대이면(그림 14.1), 대칭 주기,지구력 한계가 가장 낮은 곳.
쌀. 14.1
내에서 대칭적으로 진동하는 +를 더하면 아르 자형 ㅏ 그리고 - 아르 자형 ㅏ 전압은 또한 일정한 전압입니다 아르 자형 중 (그림 14.2) 그런 다음 사례를 얻습니다. 비대칭주기; 이 경우 내구성 한계는 대칭 주기보다 높습니다.
불균형 사이클의 극한 전압 아르 자형 최대 그리고 피 분 (그림 14.2):
아르 자형 최대 = 피 중 + 피 ㅏ 그리고 피 분 = 피 중 - 피 ㅏ ;
차례대로
전압 아르 자형 티 사이클의 평균 응력이라고 하며, 아르 자형 ㅏ - 사이클 전압 변동의 진폭. 관계라고 한다 사이클 특성.대칭 주기로 아르 자형 티 = 0, 피 분 = -피 최대그리고 아르 자형=-1; 일정한 정적 전압에서 아르 자형 ㅏ = 0, 피 분 =피 최대 그리고 아르 자형= +1; 만약에 피 분 =0, 그때 그리고 r = 0.다음은 비대칭 주기의 몇 가지 예입니다.
전압 변동 진폭의 두 배 아르 자형 ㅏ
주기의 "범위"라고 합니다.
교번 응력 주기에 대한 내구성 한계 값은 다음과 같이 표시됩니다. 아르 자형,또는 하단에 해당 주기 특성을 나타내는 아이콘이 있습니다. 그래서, 피 -1 - 특성이 있는 대칭 주기에 대한 내구성 한계 r=-1, 피 0,2 - 특성이 있는 비대칭 주기에 대한 내구성 한계 아르 자형= +0.2 등
가장 흥미로운 것은 대칭에 대한 내구성 한계 값을 결정하는 것입니다( 아르 자형 중= 0) 가장 작은 주기. 이 값은 굽힘 변형, 축 변형(인장 및 압축) 및 비틀림의 경우 다른 것으로 판명됩니다.
굽힘의 내구성 한계를 결정하기 위해 원형 단면의 샘플이 볼 베어링을 통해 캔틸레버로 - 끝에서 힘으로 또는 힌지 빔으로 - 대칭으로 배치된 동일한 힘에 의해 로드되는 기계가 사용됩니다. 샘플은 약 2000-3000rpm의 속도로 회전합니다. 각 회전과 함께 가장 스트레스를 받는 위치의 샘플 재료는 가장 높은 압축에서 동일한 가장 높은 인장으로 또는 그 반대로 스트레스 변화의 대칭 주기를 경험합니다. 샘플에 의해 테스트된 사이클 수는 회전 수에 의해 결정됩니다. N,특별한 카운터로 표시됩니다.
샘플은 국부 응력의 가능성을 제외하고 매우 부드러운 윤곽을 가진 모양이 제공됩니다. 지구력 한계를 결정하는 경험은 다음과 같습니다. 테스트 된 재료의 샘플 배치는 6-10 조각으로 준비됩니다. 샘플은 1, 2, 3…
첫 번째 샘플을 기계에 넣고 가장 높은 수직 응력 "의 특정 값을 얻는 방식으로 로드합니다. 이 값은 일반적으로 재료의 인장 강도의 0.5-0.6과 동일하게 취합니다. 그런 다음 기계가 시동되고, 샘플 회전, 테스트 가변 전압+"에서 -"로 휴식이 생길 때까지. 이 순간 특수 장치가 모터를 끄고 기계가 멈추고 회전 카운터는 사이클 수를 보여줍니다 N 1은 스트레스를 받는 샘플을 파괴하는 데 필요합니다.
두 번째 샘플은 전압 "에서 동일한 순서로 테스트됩니다. 더 작은", 세 번째 - 전압에서 ""<", 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.
실험에 따르면 강철 샘플이 1010 6 주기 후에 붕괴되지 않으면 거의 무제한 주기(10010 6 - 20010 6)를 견딜 수 있습니다. 따라서 특정 강종에 대한 내구성 한계를 결정할 때 샘플이 다음을 경험하면 실험이 중단됩니다.
1010 6주기와 깨지지 않았습니다. 어떤 경우에는 테스트 중에 510 6 보다 작지 않은 더 작은 제한 주기 수로 제한됩니다.
비철금속에는 그러한 의존성이 없으며 주어진 전압에서 샘플이 실제로 매우 많은 수의 부호 변화를 견딜 수 있는지 알아보려면 최대 20010 6 및 50010 6 사이클까지 포기해야 합니다. 이 경우 1010 6 , 3010 6 등의 특정 스트레스 신호 변화에서 휴식이 없는 것에 해당하는 조건부 지구력 한계에 대해 이야기할 수 있습니다.
내구 한계의 수치를 찾기 위해 얻은 결과를 그래픽으로 처리합니다. 그림 14.3과 그림 14.4는 이러한 처리를 위한 두 가지 방법을 보여줍니다. 그 중 첫 번째에서 세로축을 따라 수량 ", ",. .. 및 가로 좌표를 따라 N 1 , N 2 등 결과 곡선(점근선)에 대한 수평 접선의 세로 좌표는 내구성 한계와 같습니다. 두 번째 도면에서 x축은 동일한 값을 표시합니다. 이 경우 내구한계는 좌표의 원점이 N=.현재 두 번째 방법이 더 일반적입니다.
마찬가지로 축방향 힘(인장 및 압축)과 비틀림에 대한 내구성 한계가 결정됩니다. 이를 위해 특수 시험기(펄세이터 등)도 사용됩니다.
현재 다양한 재료의 내구성 한계를 결정하기 위한 수많은 실험 결과가 얻어지고 있으며, 대부분의 연구는 기계 공학에서 가장 일반적으로 사용되는 재료인 강철에 관한 것입니다. 이 연구의 결과는 지구력 한계가 모든 등급의 강철는 극한 인장 강도의 크기와 어느 정도 명확한 관계에 의해 연결됩니다. c. 압연 및 단조 재료의 경우 굽힘의 경우 대칭 주기에 대한 내구성 한계는 0.40~0.60V입니다. 주조의 경우 이 비율은 0.40에서 0.46 사이입니다.
이런 식으로, 실습을 위한 충분한 정확도의 안전 여유모든 등급의 강철에 적용 가능
강철 샘플이 적용되는 경우 축대칭 주기의 힘(교대 장력 및 압축), 실험에서 알 수 있듯이 해당 내구성 한계는 굽힘보다 낮을 것입니다. 이러한 내구성 한계 사이의 비율은 실험에서 알 수 있듯이 0.7, 즉 0.7로 동일하게 취할 수 있습니다. .
이 감소는 인장 및 압축 중에 전체 섹션이 동일한 응력을 받는다는 사실에 의해 설명됩니다. 굽힘에서 가장 큰 응력은 가장 바깥쪽 섬유에서만 발생합니다. 나머지 재료는 약하게 작용하므로 피로 균열을 형성하기가 다소 더 어렵습니다. 또한 실제로는 항상 축방향 하중의 약간의 편심이 있습니다.
마지막으로 대칭 사이클의 비틀림에서 전단 응력에 대한 내구성 한계는 굽힘 내구성 한계의 평균 0.55입니다. 따라서 대칭 주기를 가진 강철의 경우
이 데이터는 강도 테스트를 위한 계산 공식의 기초로 사용할 수 있습니다.
비철금속의 경우 내구성 한계와 인장 강도 사이의 관계가 덜 안정적입니다. 경험이 주는
= (0.24 0.50) 다.
위의 관계식(14.1)을 사용할 때 주어진 재료에 대한 내구성 한계는 매우 많은 요인에 따라 달라지는 특성이라는 점을 염두에 두어야 합니다. 데이터(14.1)는 상대적으로 작은 직경(7-10 mm)연마 된 표면과 단면 모양의 급격한 변화가 없습니다.
교번하는 응력의 반복적인 작용을 인지하는 재료의 능력을 내구라고 하며, 이러한 응력의 작용 하에서 구조 요소의 강도를 검증하는 것을 내구 계산(또는 피로 강도 계산)이라고 합니다.
교번 응력에서 강도 계산에 필요한 재료의 기계적 특성을 얻기 위해 특수 내구성(피로) 테스트가 수행됩니다. 이러한 테스트를 위해 일련의 완전히 동일한 샘플이 만들어집니다(최소 10개).
가장 일반적인 테스트는 대칭 응력 사이클에서 순수 굽힘에 대한 것입니다. 그들은 다음 순서로 수행됩니다.
첫 번째 샘플에서는 특수 기계를 사용하여 비교적 적은 수의 사이클 후에 샘플의 파괴가 발생하도록 충분히 큰(재료의 극한 강도보다 약간 작은) 응력 값을 특징으로 하는 응력 사이클이 생성됩니다. 허용되는 척도에서) 샘플 파괴를 일으킨 사이클 수, 세로 좌표 - 응력 값 (그림 5.15).
그런 다음 다른 샘플에 응력을 가하여 파손 테스트를 하고 이 샘플의 테스트 결과를 한 점으로 그래프에 표시하고 나머지 샘플을 동일한 시리즈에서 테스트하여 IV, V 등의 점을 유사하게 얻습니다. 실험에서 얻은 부드러운 곡선의 점, 소위 피로 곡선 또는 대칭 주기에 해당하는 Wöhler 곡선(그림 5.15)
유사하게, 피로 곡선은 비대칭 계수의 다른 값을 갖는 사이클에 해당하여 얻을 수 있습니다
단일 하중하에서 재료의 파괴는 재료에 발생하는 응력이 극한강도와 동일한 순간에 발생하므로 피로 곡선의 세로축은 다음과 같습니다.
내구성 곡선(그림 5.15)은 사이클 수가 증가함에 따라 재료가 파괴되는 최대 응력이 감소함을 보여줍니다. 저탄소 또는 중탄소 및 일부 합금강 등급의 피로 곡선에는 수평 점근선이 있습니다. 따라서 비대칭 계수 R의 주어진 값과 특정 값보다 작은 최대 응력에서는 사이클 수가 아무리 많아도 재료가 파손되지 않습니다.
임의의 많은 수의 사이클 후에 주어진 재료의 샘플에 피로 파괴가 없는 최대(제한) 최대 사이클 응력을 내구 한계라고 합니다. 따라서 내구한계는 피로곡선의 점근선의 세로좌표와 같다. 지옥으로 지정되어 있습니다. 대칭 주기의 경우 이 주기 동안의 비대칭 계수와 내구성 한계가 표시됩니다(그림 5.15 참조).
샘플을 테스트할 때 동일한 스트레스 주기를 무한정 여러 번 반복하는 것은 불가능하지만 반드시 필요한 것은 아닙니다. 특정 사이클(수백만에 해당) 후 일부 재료(저탄소강 및 중탄소강 등)에 대한 피로 곡선의 세로 좌표축은 거의 변하지 않습니다. 따라서 동일한 최대 응력은 피로 곡선에서 몇 배나 더 많은 사이클 수에 해당합니다. 이와 관련하여 사이클 수(재료의 내구성을 테스트할 때)는 기본 사이클 수라고 하는 특정 한계에 의해 제한됩니다. 샘플이 기본 사이클 수를 견디면 샘플의 응력이 내구성 한계보다 높지 않은 것으로 간주됩니다. 강철 및 주철의 경우 기본 사이클 수는 107로 가정합니다.
대칭 주기의 강철에 대한 내구성 한계는 인장 강도(특히 탄소강 00.430의 경우)보다 몇 배 작습니다.
비철금속 및 합금 및 일부 합금강에 대한 피로 곡선에는 수평 점근선이 없으므로 이러한 재료는 비교적 낮은 응력에서도 충분히 많은 수의 사이클에서 파손될 수 있습니다.
따라서 이러한 재료에 대한 내구성 한계의 개념은 조건부입니다. 보다 정확하게는, 이러한 재료의 경우 샘플이 특정(기본) 사이클 수에서 아직 파괴되지 않는 최대(절대값) 사이클 응력의 최대값인 제한된 내구성 한계의 개념만 사용할 수 있습니다. . 고려 중인 경우의 기본 주기 수는 최대 .
교번응력이 발생하는 구조요소의 수명이 제한된 경우 최대응력은 내구한도를 초과할 수 있다. 그러나 계산된 요소의 작동 중 사이클 수에 해당하는 제한된 내구성의 한계를 초과해서는 안됩니다.
샘플의 중심 인장 압축에 대한 내구성 한계는 대칭 굽힘 사이클에 대한 내구성 한계의 약 0.7-0.9라는 점에 유의해야 합니다. 이것은 굽힘 동안 단면의 내부 지점이 외부 지점보다 덜 응력을 받고 중심 인장 압축 동안 응력 상태가 균일하다는 사실에 의해 설명됩니다. 따라서 굽힘 중에 피로 균열의 발생이 덜 집중적으로 발생합니다.
강의 대칭 비틀림 사이클에 대한 피로 한계는 평균 0.58입니다(대칭 굽힘 사이클에 대한 피로 한계의 58%).
