Усталость. Общие понятия и назначение. Расчет на прочность при переменных напряжениях

Практика показала, что при действии переменных нагрузок разрушение материала происходит при напряжениях, много меньших предельных значений. Нагрузки, вызывающие переменные напряжения в деталях, которые периодически изменяются во времени, наз. циклическими. Разрушение материала при циклических нагрузках начинается с появления микротрещин на поверхности тела, которые развиваются (углубляются), уменьшая площадь поперечного сечения детали. Разрушение происходит внезапно, когда площадь поперечного сечения становится меньше допускаемой: S<Sкр. В плоскости излома наблюдаются 2 зоны: постепенного разрушения (1 – гладкая, блестящая поверхность, связ. с явлением наклепа), внезапного разрушения (2 – зона хрупкого излома). Усталость – явление разрушения материала под действием переменного напряжения.

Расчет на прочность при переменных напряжениях: 1. статический расчет конструкции с целью определения размеров при заданной нагрузке; 2. конструирование, уточнение формы конструкции; 3. уточненный проверочный расчет на усталость, определяем коэфф. запаса прочности: а) коэфф. запаса прочности по нормальным напряжениям при изгибе: n_σ=σ_-1/[(K_σ/K_dK_F) σ_a+ψ_σσ_w], где σ-1 – предел выносливости стали при симметрич. цикле изгиба, Kσ – эффективный коэфф. концентрации нормал. напряжений, Kd – масштабный фактор, КF – фактор шероховатости при симметричном цикле, σ_a=σmax=М_2-2/Wz=М_2-2/0,1d³ – амплитуда цикла нормал. напряжений, σw - среднее напряжение цикла нормал. напряжений, для симметрич. цикла нагружения σw=0, ψσ – коэфф., корректирующий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости; б) коэфф. запаса прочности по касательным напряжениям при кручении: nτ=τ-1/[(Kτ /KdKF)τa+ψττw], где τ-1 – предел выносливости стали при симметрич. цикле кручения, Kτ – эффективный коэфф. концентрации касат. напряжений, τa=τmax/2=Т2/Wр=Т2/0,2·2·d3 – амплитуда цикла касат. напряжений, ψτ – коэфф., учитывающий чувствительность материала к асимметрии цикла (min – для углеродистых сталей, max - легированных); в) общий коэффициент запаса прочности: n≥n_σn_τ/√(n_σ²+n_τ²), n≥[n]=1,5…3.