Uthållighetsgräns

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 3 augusti 2014; kontroller kräver 8 redigeringar .

Uthållighetsgräns (även utmattningsgräns ) - inom styrkevetenskapen : en av hållfasthetsegenskaperna hos ett material som kännetecknar dess uthållighet , det vill säga förmågan att uppfatta belastningar som orsakar cykliska påkänningar i materialet.

Utmattningsgränsen definieras som den högsta (slutliga) maximala cykelspänningen vid vilken det inte finns något utmattningsbrott hos provet efter ett godtyckligt stort antal cykliska belastningar.

Uthållighetsgränsen betecknas som , där koefficienten R tas lika med cykelasymmetrikoefficienten lika med förhållandet mellan den minsta cykelspänningen och den maximala [1] . Således betecknas materialets uthållighetsgräns i fallet med symmetriska belastningscykler som , och i fallet med pulserande som . $\sigma _{R}$ $r={\frac {\sigma _{min}}{\sigma _{max}}}$ $\sigma _{min}$ ${\displaystyle \sigma _{max))$ $\sigma _{\text{-1))$ $\sigma _{0}$

För järnhaltiga och titanlegeringar är det möjligt att ställa in gränsvärdet för de maximala cykelspänningar vid vilka materialet inte kommer att gå sönder under ett godtyckligt stort antal belastningar. Andra metaller, såsom koppar eller aluminium , är emellertid känsliga för utmattningsbrott när de utsätts för godtyckligt små belastningar. I sådana fall är det vanligt att tala om en begränsad uthållighetsgräns , där koefficienten N motsvarar ett givet antal belastningscykler, och vanligtvis tas som eller cykler. $\sigma _{\text{RN))$ $10^{7}$ $10^{8}$

Bestämning av uthållighetsgräns

Materialets uthållighetsgräns bestäms genom att testa en serie identiska prover (minst 10 stycken): för böjning , vridning , spänning-kompression eller under kombinerade belastningsförhållanden (de två sista lägena används för att simulera materialets funktion under asymmetriska belastningscykler eller under komplexa belastningsförhållanden).

Testet börjar utföras vid höga spänningar (0,7 - 0,5 av draghållfastheten ), vid vilka provet tål det minsta antalet cykler. Genom att successivt minska spänningarna kan man konstatera att stålproverna inte uppvisar brottbenägenhet, oavsett testets varaktighet. Erfarenheterna från deras testning visar att om provet inte har kollapsat före cyklerna kommer det inte att kollapsa ens med ett längre test. Därför tas vanligtvis detta antal cykler som testbas och det maximala värdet för den maximala cykelspänningen sätts vid vilket provet inte misslyckas med testbasen. Detta värde tas som uthållighetsgränsen. $10^{7}$

Testresultat kan representeras som en utmattningskurva (även Weller-kurva , SN-diagram ), som plottas för symmetriska belastningscykler. På abskissaxeln på en logaritmisk skala plottas antalet cykler på spänningens ordinataaxel:

Utmattningskurvan (uthållighet) visar att med en ökning av antalet cykler minskar den minsta spänningen vid vilken materialet förstörs.

Uthållighetsgränsens samband med materialets andra styrkaegenskaper

Utmattningstester är mycket tidskrävande, förknippade med inhämtning och bearbetning av en betydande mängd data som erhållits experimentellt och som kännetecknas av en stor spridning av värden. Därför gjordes försök att koppla utmattningsgränsen med materialets kända hållfasthetsegenskaper genom empiriska formler. Mest lämplig för detta ändamål är en sådan egenskap hos materialet som draghållfasthet .

Det har fastställts att som regel för stål är böjhållfasthetsgränsen hälften av draghållfastheten:

$\sigma _{\text{-1}}\approx (0,4...0,5)\sigma _{\text{BP}}$

För höghållfasta stål kan du ta:

$\sigma _{\text{-1}}\approx 400+1/6\sigma _{\text{BP}}$

För icke-järnmetaller kan du acceptera:

$\sigma _{\text{-1}}\approx (0,25...0,5)\sigma _{\text{BP}}$

För kolfiber kan du ta:

$\sigma _{\text{-1}}\approx 0,8\sigma _{\text{BP}}$

På liknande sätt kan torsionstester utföras under förhållanden med cykliskt föränderliga spänningar. För vanliga stål i detta fall kan du ta:

$\tau _{\text{-1}}\approx 0,6\sigma _{\text{-1}}$

För spröda material (höglegerat stål, gjutjärn ) i detta fall kan du ta:

$\tau _{\text{-1}}\approx 0,8\sigma _{\text{-1}}$

Dessa förhållanden bör användas med försiktighet, eftersom de erhålls under vissa belastningsförhållanden (böjning och vridning). I drag-kompressionstester visar sig uthållighetsgränsen vara ungefär 10-20% lägre än vid böjning, och vid vridning av ihåliga prover visar sig den vara annorlunda än den som erhålls vid vridning av fasta prover.

I fallet med asymmetriska cykler testas proverna inte för böjning, utan för spänningskompression eller vridning med hjälp av hydropulsatorer . För asymmetriska cykler byggs ett så kallat begränsande amplituddiagram. För att göra detta, hitta uthållighetsgränserna för det valda värdet av likspänningen vid lämplig amplitud . Punkt A i detta fall kommer uppenbarligen att vara uthållighetsgränsen för en symmetrisk cykel, och punkt B, som inte har en amplitudkomponent och i huvudsak är en permanent spänning, kommer faktiskt att vara den ultimata styrkan : ${\displaystyle \sigma _{m))$ $\sigma _{a}$ $\sigma _{\text{BP}}$

se bild

Den praktiska tillämpningen av diagrammet för begränsande amplituder är att efter konstruktionen av diagrammet utförs tester endast för specifika värden av och . Om arbetspunkten är belägen under kurvan kan provet motstå ett obegränsat antal cykler, om det är över kurvan är det begränsat. ${\displaystyle \sigma _{m))$ $\sigma _{a}$

Inverkan av cykelasymmetri

Uthållighetsgränserna för en asymmetrisk cykel är högre än för en symmetrisk. När du använder övergångslinjen, tänk på att , där . När du använder en parabel: [2] . $\sigma _{r}=\sigma _{-1}(1-{\frac {\sigma _{m}}{\sigma _{pr}}})+\sigma _{m}$ $\sigma _{m}={\frac {1}{2}}(\sigma _{max}+\sigma _{min})$ $\sigma _{r}=\sigma _{-1}(1-({\frac {\sigma _{m}}{\sigma _{pr}}})^{2})+\sigma _{m}$

Se även

Anteckningar

↑ Zinoviev V. A. Kort teknisk referens. Volym 1. - M..-L. Tekhteorizdat, 1949. - sid. 344
↑ Zinoviev V. A. Kort teknisk referens. Volym 1. - M..-L. Tekhteorizdat, 1949. - sid. 345

Litteratur

Feodosiev V.I. Materialresistens. - M .: Förlag av MSTU im. N. E. Bauman, 1999. S. 479-483. ISBN 5-7038-1340-9