Реферат: Расчет на прочность при напряжениях, циклически изменяющихся во времени

Многие детали машин за время своей службы многократно подвер­гаются действию периодически изменяющихся во времени нагрузок (напряжений).

Например, ось вагона, работающая на изгиб и вращающаяся вместе с колесами, испытывает циклически изменяющиеся напряжения, хотя внешние силы сохраняют свою величину и направление. Волокна оси оказываются то в растянутой зоне, то в сжатой.

Весьма характерно, что при действии повторно-переменных нагрузок разрушение происходит в результате постепенного развития трещины, называемой обычно трещиной усталости. Термин усталость обязан своим происхождением ошибочному предположению первых исследователей этого явления о том, что под действием переменных напряжений изменяется структура металла.

В настоящее время установлено, что структура металла при действии периодических нагрузок не меняется. Природа усталостного разрушения обусловлена особенностями молекулярного и кристаллического строения вещества. По-видимому, она кроется в неоднородности строения материалов. Отдельные кристаллиты металла обладают различной прочностью в разных направлениях. Поэтому при определенных напряжениях в отдельных кристаллитах возникают пластические деформации.

При повторных разгрузках и нагрузках появляется наклеп и по­вышается хрупкость материала. В конце концов при большом числе повторений нагрузки способность материала к упрочнению исчерпывается и возникает микротрещина на одной из плоскостей скольжения кристаллитов. Возникшая трещина сама становится сильным концентратором напряжений и с учетом увеличивающегося ослабления сечения становится местом окончательного разрушения.

В сечении, где происходит разрушение, можно ясно различить две зоны: зону с гладкой, притертой поверхностью (зона постепенного развития трещины) и зону с шероховатой поверхностью (зона окончательного разрушения вследствие ослабления сечения).

На рис. 12.1 показана фотография сечения разрушившегося рельса. Вокруг внутренней трещины, которая осталась в рельсе после его прокатки, видна гладкая притертая поверхность, образовавшаяся в результате постепенного развития трещины, далее идет шероховатая поверхность сечения, где произошло окончательное разрушение рельса

?????????? ???????? ?????????? ??? ???????.

Существенно влияют на возникновение и развитие трещин усталости дефекты внутреннего строения материала (внутренние трещины, шлаковые включения и т. п.) и дефекты обработки поверхности детали (царапины, следы от резца или шлифовального камня и т. п.). Накопление необратимых механических изменений в материале при приложении циклических нагрузок называют усталостью, а разрушение в результате постепенного развития трещины — усталостным разрушением.

Исследования показывают, что поломки частей машин в подавляющем большинстве случаев происходят из-за трещин усталости.

В общем случае нагрузки и напряжения могут изменяться во времени по очень сложным законам. Переменные напряжения могут иметь установившийся и неустановившийся режимы.

При неустановившемся режиме закон изменения напряжений во времени может быть любым.

При установившемся режиме изменение напряжений во времени носит повторяющийся (периодический) характер. Через определенный промежуток (период) времени происходит точное повторение напряжений.

Совокупность всех значений напряжений за время одного периода называют циклом. Можно также сказать, что циклом называется однократная смена напряжений.

На рис. 12.2, а и б приведены кривые изменения во времени нормальных и касательных напряжений в коленчатом валу дизеля за один оборот. Напряжения, как видим, изменяются по очень сложному закону, но имеют периодический (циклический) характер.

??????? ????? ?????? ????????? ?????????? ?? ??????????? ????????? ??????? ??????? ????????????, ?? ????????? ?????? ????????? ??? ?? ???????, ??? ??? ??????? ????????, ? ???????? ???? ?????? ???????? ????????????? ? ???????????? ?????????? ????? ? ?? ?????????. ??????? ? ?????????? ????? ????????????, ??? ????????? ?????????? ?? ??????? ?????????? ?? ??????, ???????? ? ????????? (???. 12.3, ?).

Цикл переменных напряжений характеризуется:

1)максимальным по алгебраической величине напряжением ;

2)минимальным напряжением

3)средним напряжением

(1)

Среднее напряжение цикла — постоянная во времени (статическая) со­ставляющая цикла (положительная или отрицательная);

4) амплитуда цикла

(2)

Амплитуда напряжений цикла — наибольшее (положительное) значение переменной составляющей цикла напряжений;

5) коэффициентом асимметрии цикла

(3)

Циклы, имеющие одинаковые значения R, называют подобными.

Из формул (1), (2), а также из рис. 12.3 видно, что

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--