Introducere
Pentru a studia cu succes partea materială a echipamentului trupelor de protecție NBC, este necesară cunoașterea profundă a disciplinelor tehnice generale. Multe piese ale mașinii sunt supuse unor solicitări ciclice în timpul funcționării. Prin urmare, cadeții ar trebui să aibă o idee despre parametrii și tipurile de cicluri de stres, fenomen și limita de anduranță.
Prin urmare, materialul acestei prelegeri este de mare importanță. Scopul acestei prelegeri este de a oferi studenților termenii și definițiile de bază legate de tensiunile ciclice, pentru a studia problematica calculului elementelor structurale pentru rezistența la un anumit tip de încărcare.
Conceptul de tensiuni ciclice. Parametri și tipuri de cicluri de stres
Sarcinile dinamice, în ciuda absenței unor forțe inerțiale semnificative, includ sarcini periodice, repetate (ciclice) care acționează asupra elementelor structurale. Acest tip de încărcare este tipic pentru majoritatea structurilor de inginerie, cum ar fi osii, arbori, tije, arcuri, biele etc.
Rezistența materialelor sub încărcări variabile repetate depinde în mare măsură de natura modificării tensiunilor în timp.
- sarcină variabilă cu o natură a schimbării stabilită în timp, ale cărei valori se repetă după o anumită perioadă (perioadă) de timp.Ciclul stresului- totalitatea tuturor valorilor tensiunilor variabile pe parcursul unei perioade de schimbare a sarcinii.
De obicei, un ciclu de solicitare este caracterizat de doi parametri principali ai ciclului: și - solicitările maxime și minime ale ciclului.
Stresul mediu ciclului 
.
Tensiunea ciclului de amplitudine 
.
Coeficientul de asimetrie al ciclului de stres.
În funcție de amploarea caracteristicilor enumerate, ciclurile de stres pot fi împărțite în următoarele tipuri principale:
Ciclu simetric- tensiunile maxime si minime sunt egale in valoare absolutăși opus în semn, R = -1.
Ciclu asimetric- tensiunile maxime și minime nu sunt egale în valoare absolută, în timp ce ciclul asimetric poate fi semn-alternant sau semn-constant.
ciclu alternant– tensiunile maxime și minime nu sunt egale în valoare absolută și opuse în semnul , , .
Ciclu cu semn constant– tensiunile maxime și minime nu sunt egale în valoare absolută și au același semn , , .
Ciclu zero (pulsator).– tensiunile maxime sau minime sunt egale cu zero sau , sau .
Fenomenul de oboseală. curba de oboseală. limita de rezistenta
După cum arată practica, sarcinile care se modifică ciclic în timp în mărime sau în mărime și semn pot duce la defecțiuni structurale la solicitări semnificativ mai mici decât rezistența la curgere (sau rezistența la tracțiune). O astfel de distrugere se numește „oboseală”. Materialul pare să „obosească” sub acțiunea încărcărilor periodice repetate.
eșecul oboselii- distrugerea materialului sub actiunea tensiunilor alternante repetitiv.
Oboseala materială- acumularea treptată a deteriorării în material sub acțiunea unor solicitări variabile, ducând la formarea de fisuri în material și distrugere.
Rezistenta este capacitatea unui material de a rezista la cedarea prin oboseală.
Cauzele fizice ale defectării materialelor prin oboseală sunt destul de complexe și nu sunt încă pe deplin înțelese. Una dintre principalele cauze ale eșecului prin oboseală este considerată a fi formarea și dezvoltarea fisurilor.
Mecanismul eșecului prin oboseală este în mare măsură legat de eterogenitatea structurii reale a materialelor (diferența de dimensiune, formă, orientare a granulelor de metal învecinate; prezența diferitelor incluziuni - zguri, impurități; defecte rețelei cristaline, defecte ale suprafeței materialului - zgârieturi, coroziune etc.). În legătură cu neomogenitatea indicată la solicitări variabile la limitele incluziunilor individuale și aproape de goluri microscopice și diferite defecte, apare o concentrație de tensiuni, care duce la deformații microplastice prin forfecare ale unor granule de metal, în timp ce pe suprafața granulelor pot apărea benzi de alunecare. , și acumularea de forfecare, care pe unele materiale se manifestă sub formă de tuberculi și depresiuni microscopice - extruzii și intruziuni. Apoi, există dezvoltarea schimbărilor în microfisuri, creșterea și fuziunea lor; în ultima etapă apar una sau mai multe macrofisuri care se dezvoltă (cresc) destul de intens. Crăpați marginile sub acțiune sarcina variabila frecați unul împotriva celuilalt și, prin urmare, zona de creștere a fisurilor are o suprafață netedă (lustruită). Pe măsură ce fisura crește, secțiunea transversală a piesei slăbește din ce în ce mai mult și, în final, are loc o fractură bruscă a piesei, în timp ce zona de fractură fragilă are o structură cristalină cu granulație grosieră, ca în fractura fragilă.
Curba de oboseală (curba Weller) este construită pe baza rezultatelor testelor de oboseală cu ciclu simetric. Arată că odată cu creșterea numărului de cicluri, solicitarea maximă la care are loc distrugerea materialului scade semnificativ. În același timp, pentru multe materiale, de exemplu, oțelul carbon, este posibil să se stabilească o astfel de tensiune maximă de ciclu la care proba să nu se prăbușească după un număr de cicluri (secțiunea orizontală a diagramei), numită limită de anduranță ().
Limita de rezistenta (oboseala) este tensiunea maximă (limitatoare) a ciclului, la care nu există nicio defecțiune la oboseală a probei după un număr arbitrar de mare de cicluri.
Deoarece testele nu pot fi efectuate la infinit, numărul de cicluri este limitat de o anumită limită, care se numește numărul de bază de cicluri. În acest caz, dacă proba rezistă la numărul de bază de cicluri (pentru metale feroase - N= 10 7), atunci se consideră că tensiunea din acesta nu este mai mare decât limita de anduranță.
Curbele de oboseală pentru metale neferoase nu au secțiuni orizontale, deci pentru ele pentru numărul de cicluri de bază crește la N= 10 8 și se stabilește limita de rezistență limitată.
În structurile reale, marea majoritate a pieselor funcționează sub încărcare asimetrică.
Diagramă tensiuni finale(Diagrama Smith) este construită pe cel puțin trei moduri de încărcare (pe trei puncte), pentru fiecare dintre acestea fiind determinată limita de anduranță.
Primul mod (punctul 1) este ciclul obișnuit de încărcare simetrică ( , , , ).
Al doilea mod (punctul 2) este un ciclu de încărcare asimetric, de obicei zero ( , , , ).
Al treilea mod (punctul 3) este întinderea statică simplă ( , ).
Punctele obținute sunt legate printr-o linie netedă, ale cărei ordonate ale punctelor corespund limitelor de rezistență ale materialului la valori diferite coeficientul de asimetrie a ciclului.
O grindă care trece sub un unghi prin originea diagramei tensiunii limită caracterizează cicluri cu același coeficient de asimetrie R :
.
Diagramă amplitudini limitatoare(Diagrama Haig) este reprezentată în coordonate: tensiunea medie a ciclului – amplitudinea ciclului (Figura 7). În același timp, pentru a-l construi, este necesar să se efectueze teste de oboseală pentru cel puțin trei moduri: 1 - ciclu simetric; 2 – ciclu zero; 3 - întindere statică.
Conectând punctele obținute cu o curbă netedă, se obține un grafic care caracterizează relația dintre valorile amplitudinilor limită și valorile tensiunilor medii limitatoare din ciclu.
Pe lângă proprietățile materialelor, următorii factori influențează rezistența la oboseală: 1) prezența concentratoarelor de tensiuni; 2) factor de scară, adică influența dimensiunilor absolute ale piesei (cu cât dimensiunea piesei este mai mare, cu atât rezistența la oboseală este mai mică); 3) calitatea tratamentului de suprafață (cu scăderea rugozității suprafeței piesei, crește rezistența la oboseală); 4) factori operaționali (temperatura, coroziune, frecvența de încărcare, expunerea la radiații etc.); 5) prezența unui strat de suprafață întărit prin diverse metode tehnologice.
curba rezistenței la oboseală la stres
limita de rezistenta notat cu (sau ), unde indicele R corespunde coeficientului de asimetrie a ciclului. Deci, de exemplu, pentru un ciclu simetric se notează , pentru un ciclu zero (la ), pentru un ciclu constant .
Limită de rezistență pentru un ciclu simetric este cel mai mic în comparație cu alte tipuri de cicluri, adică .
De exemplu, 
; 
.
limita de rezistenta
Pentru a calcula piese care nu sunt destinate funcționării pe termen lung, devine necesar să se determine cea mai mare valoare a tensiunii pe care o poate suporta un material pentru un anumit număr de cicluri (N), a căror valoare este mai mică decât valoarea de bază (). În acest caz, în funcție de curba de oboseală și de un număr dat de cicluri (N), efortul corespunzător (), numit limita de rezistență limitată.
Factori limită de anduranță pentru un ciclu simetric
La evaluarea rezistenței unei piese care funcționează sub încărcare statică, caracteristicile mecanice ale materialului piesei sunt complet identificate cu caracteristicile mecanice ale materialului eșantionului obținut în urma experimentului. Aceasta nu ia în considerare diferența de formă sau dimensiune a piesei și eșantionului, sau alte diferențe.
Atunci când proiectați o piesă pentru oboseală, acești factori trebuie luați în considerare. Cei mai semnificativi factori care afectează limita de anduranță într-un ciclu simetric sunt concentrația de tensiuni, dimensiunile absolute ale secțiunii transversale a piesei și rugozitatea suprafeței acesteia. Acest lucru este ușor de explicat prin faptul că toți factorii de mai sus contribuie la apariția și propagarea microfisurilor.
Influența concentrării stresului
Aproape de tăieturi, la marginile găurilor, în locurile unde se schimbă forma tijei, la tăieturi etc. se constată o creştere bruscă a tensiunilor faţă de tensiunile nominale calculate folosind formulele uzuale de rezistenţă a materialelor. Un astfel de fenomen se numește concentrarea stresului, iar motivul care provoacă o creștere semnificativă a tensiunilor este concentrator de stres.
Zona de distribuție a tensiunilor crescute este de natură pur locală, prin urmare aceste tensiuni sunt adesea numite locale.
La solicitări care sunt variabile în timp, prezența unui concentrator de stres pe eșantion duce la o scădere a limitei de anduranță. Acest lucru se explică prin faptul că o modificare multiplă a tensiunilor în zona de concentrare a tensiunilor duce la formarea și dezvoltarea ulterioară a unei fisuri, urmată de cedarea la oboseală a probei.
Pentru a evalua efectul concentrației tensiunii asupra reducerii rezistenței la oboseală a unei probe, ținând cont de sensibilitatea materialului la concentrația de tensiuni, se introduce conceptul de coeficient de concentrație efectiv, care este raportul dintre limita de anduranță a unui standard. probă fără concentrație de stres până la limita de oboseală a unei probe cu concentrație de stres: 
(sau 
).
Influența dimensiunilor absolute ale secțiunii transversale
Odată cu creșterea dimensiunii secțiunilor transversale ale probelor, scăderea limitei de rezistență. Această influență este luată în considerare de coeficientul de influență al dimensiunilor absolute ale secțiunii transversale (anterior acest coeficient era numit factor de scară). Coeficientul menționat este egal cu raportul dintre limita de rezistență a probelor netede cu diametrul d și limita de rezistență a unei probe standard netede cu diametrul de 7,5 mm: 
(sau 
).
Rugozitatea suprafeței
Prelucrarea suprafeței piesei are un impact semnificativ asupra limitei de anduranță. Acest lucru se datorează faptului că un tratament mai dur al suprafeței piesei creează locuri suplimentare pentru concentratoarele de tensiuni și, prin urmare, duce la condiții suplimentare pentru apariția microfisurilor.
Parametrul principal care caracterizează rezistența la oboseală a materialelor, adică rezistența la sarcini alternative repetate, este limita de anduranta a R este valoarea maximă absolută a tensiunii ciclului la care defectarea prin oboseală a materialului nu are loc încă la numărul de bază N la cicluri de încărcare. Pentru cele de bază, i.e. cel mai mare număr de cicluri specificat în timpul testării este luat pentru metale feroase 10 7 cicluri de încărcare, iar pentru neferoase - 10 8 . Indicele din desemnarea limitei de anduranță corespunde coeficientului de asimetrie al ciclului de stres în timpul încercării. Deci, pentru un ciclu simetric, limita de anduranță este notată cu y-1, iar pentru un ciclu zero - y 0. Limita de rezistență a unui material este determinată prin testarea probelor pentru oboseală pe mașini de testare. Cea mai obișnuită este testarea probelor sub un ciclu de efort simetric. Dispunerea instalației pentru testarea epruvetelor pentru îndoire este prezentată în fig. 5. Proba 1 împreună cu clema 2 se rotește cu o viteză unghiulară constantă. La capătul probei se află rulmentul 3, încărcat cu forță F direcție permanentă. Eșantionul este supus unei deformări la încovoiere cu un ciclu simetric. Tensiunile maxime apar pe suprafața probei în secțiunea cea mai periculoasă I - I și sunt definite ca y = M și /W, unde M și = F?? - momentul încovoietor în secțiune; W \u003d 0,1d 3 - moment de rezistență față de axa neutră a secțiunii transversale a probei, un cerc cu un diametru d. În poziţia prezentată la punct DAR tensiunile de tracțiune acționează, deoarece proba este îndoită cu o convexitate în sus. După rotirea probei cu 180° în punct DAR vor acţiona tensiuni de compresiune de aceeaşi mărime, adică. -y. La trecerea prin axa neutră, tensiunea în punct DAR va fi zero.
Prin testarea la cedarea prin oboseală a probelor identice la diferite valori ale tensiunilor ciclului, se construiește un grafic care caracterizează relația dintre solicitările maxime y și numărul de cicluri până la cedare (ciclul de viață N). Această dependență (Fig. 6) se numește curba de oboseală sau curba weller, în onoarea savantului german care a construit-o primul. Pentru a construi o curbă de oboseală în coordonate la max -N sunt necesare minim 10 probe identice, pentru care cerințe stricte acuratețea dimensională, rugozitatea suprafeței. Prima dintre probe este încărcată cu forță F astfel încât solicitarea maximă a ciclului la 1 a fost oarecum mai mică decât rezistența finală a materialului (la 1< у u) и испытывают до разрушения, отмечая (рис. 6) точку DAR cu coordonatele y 1 şi numărul de cicluri până la distrugere N 1 .
Al doilea eșantion este testat prin crearea unei tensiuni în ea la 2 mai puțin decât în primul (la 2< у 1) образце. Число циклов до разрушения этого образца будет N 2 (N2 > N1). Marcați un punct pe grafic LA cu coordonate la 2 , N 2 . Prin reducerea treptată a tensiunii maxime a ciclului în probele de testat, încercările sunt efectuate până la distrugerea probelor, până când una dintre ele se prăbușește la numărul de bază. N la cicluri de încărcare. Prin conectarea punctelor în serie cu o linie netedă DAR, LA, DIN, …, construit în timpul testării probelor, obținem o curbă de oboseală. Tensiune corespunzătoare numărului de bază N la cicluri și există o limită de anduranță la- 1 material de îndoire. La alte mașini de încercare, similar testului de încovoiere, limitele de rezistență ale materialului sunt determinate în timpul torsiune (f - 1), în timpul tracțiunii - compresiei (y - 1r). Pentru multe materiale au fost stabilite experimental rapoartele dintre limitele de anduranță la încovoiere, torsiune și tracțiune-compresie. De exemplu, pentru oțeluri f-1 = 0,55y-1; y-1p = 0,7y-1. Limita de anduranță sub un ciclu de încărcare simetric pentru toate metalele, cu excepția celor foarte ductile (cupru, fier comercial), este mai mică decât limita elastică, cu creșterea frecvenței de încărcare crește ușor.
În literatura de specialitate sunt propuse zeci de ecuații care descriu curbele de oboseală ale diferitelor materiale și specimene. În calculele de inginerie, ecuația de putere a curbei de oboseală este cel mai des utilizată
y m N = const, (10)
Unde N- numarul de cicluri inainte de defectare la solicitarea maxima a ciclului; m- exponent în funcție de material, parametri de probă, pentru metale m = 5 ... 10.
Adesea, durata de viață a produselor, în special utilizarea specială unică, este limitată, numărul de cicluri de încărcare N în timpul funcționării este mai mic decât baza (N< N у). Уравнение (10)позволяет при расчетах таких изделий на усталостную прочность определять предельно максимальные напряжения в циклах или ограниченный предел выносливости la- 1N corespunzător numărului dat de cicluri N Se încarcă
N \u003d N y (y- 1 / y- 1N) m , (12)
unde cantitatile la- 1 , N la , m luate din datele de referință privind materialele. Utilizarea ecuațiilor (11) și (12) este posibilă numai dacă fizica și mecanismul deteriorării prin oboseală rămân neschimbate în timp ce se mențin mecanism oboseala de ciclu mare. Oboseala cu ciclu înalt este garantată dacă numărul de cicluri înainte de defecțiune este de cel puțin 10 4 , adică. N? 10 4 .
Determinarea caracteristicilor de rezistență la oboseală ale materialelor prin testarea la oboseală este un proces laborios și costisitor datorită lungimii și împrăștierii semnificative a rezultatelor testelor. Se caută dependențe empirice ale unei estimări aproximative a valorilor limitei de anduranță asupra mărimii proprietăților mecanice ale materialului sub încărcare statică. Deci, valoarea limitei de anduranță în încovoiere cu un ciclu de încărcare simetric pentru oțel carbon este y-1 = (0,4 ... 0,45) y ut ; pentru metale neferoase y- 1 = = (0,24 ... 0,5) y ut , unde la ut este rezistența la rupere a materialului.
După cum arată experimentele, valoarea limitei de rezistență a materialului depinde în mare măsură de raportul dintre valorile extreme. R max și p min schimbarea tensiunii. Dacă aceste valori sunt egale ca mărime R A și sunt opuse în semn (Fig. 14.1), atunci avem ciclu simetric, la care limita de anduranță este cea mai scăzută.
Orez. 14.1
Dacă adăugăm la oscilarea simetrică în + R A și - R A tensiunea este, de asemenea, o tensiune constantă R m (Fig. 14.2), atunci obținem cazul asimetric ciclu; în acest caz, limita de anduranță este mai mare decât pentru ciclul simetric.
Extreme de tensiune pentru ciclul dezechilibrat R max și p min va fi (Fig. 14.2):
R max = p m + p A și p min = p m - p A ;
la randul lui
Voltaj R t se numește stresul mediu al ciclului și R A - amplitudinea fluctuațiilor tensiunii ciclului. Relația se numește caracteristicile ciclului. Cu un ciclu simetric R t = 0, p min = -p maxși r=-1; la tensiune statică constantă R A = 0, p min =p max și r= +1; dacă p min =0, apoi şi r = 0. Iată câteva exemple de cicluri asimetrice:
Dubla magnitudinea amplitudinii fluctuațiilor de tensiune R A
se numește „intervalul” ciclului.
Valoarea limitei de anduranță pentru orice ciclu de tensiuni alternante va fi notată cu R, sau cu o pictogramă în partea de jos care indică caracteristica ciclului corespunzătoare. Asa de, p -1 - limita de anduranță pentru un ciclu simetric cu caracteristică r=-1, p 0,2 - limita de anduranță pentru un ciclu asimetric cu o caracteristică r= +0,2 etc.
De cel mai mare interes este determinarea valorii limitei de anduranță pentru simetric ( R m= 0) ciclul ca cel mai mic. Această valoare se dovedește a fi diferită în cazul deformării la încovoiere, deformației axiale (tensionare și compresiune) și torsiune.
Pentru determinarea limitei de rezistență la încovoiere se folosesc mașini în care o probă de secțiune transversală circulară este încărcată prin rulmenți cu bile, fie ca cantilever - prin forță la capăt, fie ca grindă articulată - prin forțe egale situate simetric; proba se rotește cu o viteză de aproximativ 2000-3000 rpm. La fiecare revoluție, materialul eșantion din locurile cele mai solicitate experimentează un ciclu simetric de modificări ale tensiunii de la cea mai mare compresie la aceeași cea mai mare tensiune și invers. Numărul de cicluri testate de eșantion este determinat de numărul de rotații ale acesteia N, marcat cu un contor special.
Probele primesc o formă cu contururi foarte netede, excluzând posibilitatea unor tensiuni locale. Experiența pentru determinarea limitei de anduranță este următoarea. Se prepară un lot de mostre din materialul testat în cantitate de 6-10 bucăți; mostrele sunt numerotate succesiv: 1, 2, 3...
Prima probă este plasată în mașină și încărcată astfel încât să se obțină o anumită valoare a celei mai mari solicitări normale "; această valoare se ia de obicei egală cu 0,5-0,6 din rezistența la rupere a materialului; apoi mașina pornește și proba se rotește, testând tensiuni variabile de la +" la -" până când apare o pauză. În acest moment, un dispozitiv special oprește motorul, mașina se oprește, iar turația arată numărul de cicluri N 1 necesar pentru spargerea probei sub stres”.
A doua probă este testată în aceeași ordine la o tensiune ", mai mici", al treilea - la tensiune ""<", 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.
Experimentele au arătat că, dacă o probă de oțel nu s-a prăbușit după 1010 6 cicluri, atunci poate rezista la un număr aproape nelimitat de cicluri (10010 6 - 20010 6). Prin urmare, atunci când se determină limita de rezistență pentru un anumit grad de oțel, experimentul este oprit dacă proba a experimentat
1010 6 cicluri și nu s-a rupt. În unele cazuri, în timpul testării, acestea sunt limitate la un număr limită mai mic de cicluri, însă nu mai puțin de 510 6 .
Pentru metalele neferoase, nu există o astfel de dependență și pentru a afla dacă proba poate rezista într-adevăr la un număr foarte mare de modificări de semn la o anumită tensiune, trebuie să renunți la 20010 6 și chiar 50010 6 cicluri. În acest caz, putem vorbi de o limită de rezistență condiționată corespunzătoare absenței unei pauze la un anumit număr de modificări ale semnului de stres - la 1010 6 , 3010 6 etc.
Pentru a afla valoarea numerică a limitei de anduranță, rezultatele obținute sunt prelucrate grafic. Figura 14.3 și Figura 14.4 prezintă două metode pentru o astfel de prelucrare. Pe primul dintre ele, de-a lungul axei ordonatelor, cantitățile ", ",. .., iar de-a lungul abscisei N 1 , N 2 etc. Ordonata tangentei orizontale la curba rezultată (asimptote) va fi egală cu limita de anduranță. În al doilea desen, axa x prezintă valori egale. În acest caz, limita de anduranță este definită ca un segment tăiat pe axa ordonatelor prin continuarea curbei rezultate, deoarece originea coordonatelor corespunde cu N=.În prezent, a doua metodă este mai comună.
În mod similar, se determină limita de anduranță pentru forțele axiale (tensionare și compresiune) și pentru torsiune; În acest scop se folosesc și mașini speciale de testare (pulsatori etc.).
În prezent, s-au obținut un număr imens de rezultate experimentale pentru a determina limita de rezistență a diferitelor materiale.Majoritatea cercetărilor efectuate se referă la oțel, ca material cel mai frecvent utilizat în inginerie mecanică. Rezultatele acestor studii au arătat că limita de anduranță oțel de toate gradele este legat printr-o relație mai mult sau mai puțin definită doar cu mărimea rezistenței finale la întindere c. Pentru materialul laminat și forjat, limita de rezistență pentru un ciclu simetric în cazul îndoirii este de la 0,40 la 0,60 V; pentru turnare, acest raport este în intervalul de la 0,40 la 0,46.
În acest fel, marjă de siguranță cu o precizie suficientă în scopul practicii poate fi acceptat pentru toate clasele de oțel
Dacă este supusă o probă de oţel axial forțele într-un ciclu simetric (tensiune și compresie alternative), atunci limita de rezistență corespunzătoare, după cum arată experimentele, va fi mai mică decât în încovoiere; raportul dintre aceste limite de anduranță poate fi considerat egal, după cum arată experimentele, cu 0,7, adică .
Această scădere se explică prin faptul că în timpul tensionării și compresiunii, întreaga secțiune este supusă acelorași solicitări; la încovoiere, cele mai mari solicitări apar numai în fibrele cele mai exterioare; restul materialului funcționează mai slab și astfel oarecum mai greu de format fisuri de oboseală; în plus, în practică există întotdeauna o oarecare excentricitate a sarcinii axiale.
În cele din urmă, la torsiune pentru un ciclu simetric, limita de rezistență pentru solicitările de forfecare este în medie 0,55 din limita de rezistență la încovoiere. Astfel, pentru oțel cu ciclu simetric
Aceste date pot fi folosite ca bază pentru formulele de calcul pentru testarea rezistenței.
Pentru metalele neferoase, avem o relație mai puțin stabilă între limita de anduranță și rezistența la tracțiune; experientele dau
= (0,24 0,50) c.
Când se folosesc relațiile de mai sus (14.1), trebuie avut în vedere că limita de rezistență pentru un material dat este o caracteristică care depinde de un număr foarte mare de factori; datele (14.1) se referă la experimente cu mostre de relativ diametru mic(7-10 mm) cu o suprafață lustruită și absența modificărilor bruște ale formei secțiunii transversale.
Capacitatea unui material de a percepe acțiunea repetată a tensiunilor alternante se numește anduranță, iar verificarea rezistenței elementelor structurale sub acțiunea unor astfel de solicitări se numește calcul de anduranță (sau calcul de rezistență la oboseală).
Pentru a obține caracteristicile mecanice ale materialului necesare calculelor de rezistență la solicitări alternative, se efectuează încercări speciale de rezistență (oboseală). Pentru aceste teste se realizeaza o serie de mostre complet identice (cel putin 10 bucati).
Cele mai frecvente teste sunt pentru încovoiere pură sub un ciclu de solicitare simetric; se efectuează în următoarea ordine.
În prima probă, folosind o mașină specială, se creează cicluri de tensiuni, caracterizate prin valori ale tensiunii care sunt luate suficient de mari (puțin mai mici decât rezistența finală a materialului), astfel încât distrugerea probei să aibă loc după un număr relativ mic. de cicluri.pe scara acceptată) numărul de cicluri care au determinat distrugerea probei, iar ordonata - valoarea tensiunii (Fig. 5.15).
Apoi, un alt eșantion este testat până la eșec sub stres, rezultatul testului acestui eșantion este reprezentat pe grafic printr-un punct. Testând restul probelor din aceeași serie, se obțin în mod similar punctele IV, V etc. Prin conectarea puncte ale unei curbe netede obținute în urma experimentelor, se obține așa-numita curbă de oboseală sau curba Wöhler (Fig. 5.15), corespunzătoare ciclurilor simetrice
În mod similar, curbele de oboseală pot fi obținute corespunzătoare ciclurilor cu alte valori ale coeficientului de asimetrie
Distrugerea materialului sub o singură încărcare are loc în momentul în care tensiunile care apar în el sunt egale cu rezistența finală, prin urmare curbele de oboseală la au ordonate atax egale cu
Curba de anduranță (Fig. 5.15) arată că odată cu creșterea numărului de cicluri, solicitarea maximă la care materialul este distrus scade. Curba de oboseală pentru carbon scăzut sau mediu, precum și pentru unele clase de oțel aliat, are o asimptotă orizontală. Prin urmare, la o valoare dată a coeficientului de asimetrie R și o tensiune maximă mai mică decât o anumită valoare, materialul nu cedează, oricât de mare este numărul de cicluri.
Cea mai mare (finală) tensiune maximă de ciclu la care nu există nicio defecțiune la oboseală a unui eșantion dintr-un anumit material după un număr arbitrar de mare de cicluri se numește limită de anduranță. Astfel, limita de anduranță este egală cu ordonata asimptotei curbei de oboseală. Este desemnat iadul; cu un ciclu simetric se notează coeficientul de asimetrie și limita de anduranță în timpul acestui ciclu (vezi Fig. 5.15).
Este destul de evident că atunci când se testează o probă este imposibil să se repete același ciclu de tensiuni la nesfârșit de multe ori, dar acest lucru nu este necesar. Ordonatele atax ale curbei de oboseala pentru unele materiale (otel carbon mic si mediu etc.) dupa un anumit numar de cicluri (egal cu cateva milioane) cu greu se schimba; prin urmare, aceleași solicitări maxime corespund numărului de cicluri, chiar de câteva ori mai mare, pe curba de oboseală. În acest sens, numărul de cicluri (când se testează un material pentru rezistență) este limitat de o anumită limită, care se numește numărul de bază de cicluri. Dacă proba rezistă la numărul de bază de cicluri, atunci se consideră că solicitarea din ea nu este mai mare decât limita de anduranță. Pentru oțel și fontă, se presupune că numărul de bază de cicluri este 107.
Limita de rezistență pentru oțel într-un ciclu simetric este de câteva ori mai mică decât rezistența la tracțiune (în special, pentru oțelul carbon 00.430).
Curbele de oboseală pentru metale și aliaje neferoase și unele oțeluri aliate nu au o asimptotă orizontală și, prin urmare, astfel de materiale pot eșua cu un număr suficient de mare de cicluri, chiar și la solicitări relativ scăzute.
Prin urmare, conceptul de limită de anduranță pentru aceste materiale este condiționat. Mai precis, pentru aceste materiale este posibil să se utilizeze doar conceptul de limită de anduranță limitată, care este denumirea dată valorii maxime a tensiunii maxime (în valoare absolută) a ciclului la care proba nu este încă distrusă la un anumit număr (de bază) de cicluri. Numărul de bază de cicluri în cazurile luate în considerare este considerat foarte mare - până la .
În cazurile în care durata de viață a unui element structural în care apar tensiuni alternative este limitată, tensiunile maxime pot depăși limita de rezistență; acestea, totuși, nu trebuie să depășească limita de rezistență limitată corespunzătoare numărului de cicluri în timpul funcționării elementului calculat.
Trebuie remarcat faptul că limita de anduranță pentru tensiunea-comprimare centrală a probei este de aproximativ 0,7-0,9 din limita de anduranță pentru un ciclu de îndoire simetric. Acest lucru se explică prin faptul că în timpul încovoierii, punctele interne ale secțiunii transversale sunt mai puțin solicitate decât cele externe, iar în timpul tensiunii-comprimarii centrale, starea de solicitare este uniformă. Prin urmare, în timpul îndoirii, dezvoltarea fisurilor de oboseală are loc mai puțin intens.
Limita de oboseală pentru un ciclu de torsiune simetric pentru oțel este în medie 0,58 (58% din limita de oboseală pentru un ciclu de încovoiere simetric).
