Материал: Многоцикловая усталость при переменных амплитудах нагружения

В монографии даны характеристики переменных нагрузок, усталос­ ти и методов ее изучения. Рассмотрены вопросы описания, обработки и моделирования эксплуатационных режимов нагружепия, а также спо­ собы воспроизведения нерегулярных нагрузок в лабораторных услови­ ях. Изложена методика испытании на усталость ири блочном и случай­ ном нагружении. Описана система задания и автоматического поддер­ жания параметров нерегулярных нагрузок на установках резопансного типа. Проанализированы гипотезы суммирования повреждении, даны рекомендации по прогнозированию долговечности и расчету коэффи­ циентов запаса с учетом рассеяния характеристик сопротивления уста­ лости. С помощью статистического моделирования исследованы различ­ ные способы учета в расчетах долговечности шнрокополосностп на­ грузки .

Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами циклической прочности элементов конструкций и методами испытаинй на усталость.

Ил. 86. Табл. 17. Библиогр.: с. 249—262 (276 назв.).

Ответственный редактор М. Э. Гарф

Рецензенты В. Т. Трощенко, Э. Я. Филатов

Редакция технический литературы

2105000000-093 381-80 © Издательство «Паукова думка», 1986

М221(04)-80

Технический прогресс в машиностроении в значительной мере связан с совершенствованием расчетов на прочность, позволяющих рациональ­ но конструировать надежные и безопасные машины. Поскольку боль­ шая часть разрушении в эксплуатации связана с зарождением и разви­ тием усталостных трещин, то очевидным является важное прикладное значение методов оценки характеристик сопротивления усталости при реальных условиях эксплуатации. Физические процессы, обусловлива­ ющие развитие усталостного повреждения, весьма сложны; способы их описания недостаточны и нецелесообразны для использования в про­ чностных расчетах. Поэтому основной путь разработки методов расчета на прочность при переменных напряжениях в машиностроении — приме­ нение различных феноменологических зависимостей, получаемых с ис­ пользованием большого объема экспериментальных данных. Основные недостатки такого подхода связаны с трудоемкостью усталостных испы­ таний, особенно когда речь идет о многоцикловой усталости, соответ­ ствующей наработке в сотни тысяч и миллионов циклов нагрузки, а также с многообразием факторов, существенно влияющих на процесс усталости (параметры окружающей среды, материал детали и способ ее обработки, режим нагружения и др.).

Накопление усталостных повреждений происходит при переменных напряжениях, поэтому определяющим является закон изменения напряжений во времени. Эксплуатационные режимы нагружения ха­ рактеризуются нерегулярностью амплитуд действующих нагрузок, причем последовательность приложения нагрузок ноент ярко выражен­ ный случайный характер. Когда речь идет об усталости прп случайном нагружении, в основном возникают следующие вопросы: определение минимального числа параметров, способных описать случайную нагрувку, и оценка влияния этих параметров на долговечность; установление наиболее существенных параметров, подлежащих воспроизведению при лабораторных испытаниях.

Методам определения усталостной долговечности и расчетам на прочность при нерегулярных режимах нагружения посвящено большое

долговечности, методы ее экспериментальной оцспкв и обработки соот­ ветствующих результатов эксперимента. В данной монографии авторы уделили основное внимание методам описания п моделирования слу­ чайных нагрузок, методикам определения усталостной долговечности экспериментальными и расчетными способами, оценке влияния парамет­ ров случайного нагружения на повреждающее действие переменной на­ грузки. Кроме того, даны общая характеристика методов изучения ус­ талости и ее описание, достаточно подробное для понимания рассмат­ риваемых проблем. Материал книги основан на обобщении известных литературных данных, а также на оригинальных исследованиях авто­ ров. Если данная книга будет содействовать популяризации методов расчета на прочность при переменных нагрузках и процессу стандар­ тизации этих методов, то авторы сочтут свою задачу выполненной.

Авторы выражают глубокую благодарность ответственному редак­ тору М. Э. Гарфу, рецензентам В. Т. Трощенко в Э, Я , Филатову за ценные советы по улучшению содержания книги,

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ. СПОСОБЫ ЕЕ ОПИСАНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ

Для рассматриваемой области науки и техники очень важна стандартизация терминологии, определений, обозна­ чений, способов ведения эксперимента и обработки его ре­ зультатов, а также способов использования этих резуль­ татов в расчетных методиках. Эти задачи постепенно реша­ ются путем создания специальных стандартов, методических указаний, рекомендаций.

Упорядочению терминологии и определений по уста­ лости способствуют, в частности, ГОСТ 23207—78 [156] и ГОСТ 25.502—79 1110]. Согласно этим стандартам уста­ лость — это процесс постепенного накопления поврежде­ ний материала под действием переменных напряжений и деформаций, приводящих к изменению свойств, образова­ нию трещин, их развитию и разрушению. Для характерис­ тики этого сложного процесса, а также вызывающих его переменных напряжений и деформаций вводится ряд тер­ минов, определений, обозначений. Прежде всего остановим­ ся на характеристиках переменных напряжений (дефор­ маций), изменяющихся циклически.

1. ПЕРЕМЕННЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Переход от переменных нагрузок, действующих на элемент конструкции, к соответствующим им переменным напряже­ ниям и деформациям осуществляется известными из меха­ ники деформируемых твердых тел методами, которые здесь не рассматриваются. Считается, что переменные напряже­ ния о и деформации е определены. Ниже речь будет идти

о характеристиках переменных напряжений; характеристи­ ки деформаций определяются аналогично. Рассматривается простейший вид нагружения — периодический.

Нагружение, характеризующееся периодическим законом изменения нагрузок с одним максимумом и с одним мини­ мумом в течение одного периода при постоянстве параметров цикла напряжений в течение всего времени испытаний или