Прочность материалов и конструкций при повторных нагружениях

Прочность материалов и конструкций при повторных нагружениях

 

Прочность материалов и конструкций при повторных нагружениях - обширный и чрезвычайно важный для практики раздел сопромата. Сложный и многофакторный характер процессов разрушения, их зависимость от истории нагружения, разнообразие явлений, приводящих к образованию и развитию трещин обусловили широкое использование феноменологического подхода с дифференциацией методов расчета по крупным группам явлений. Раздельно рассматриваются многоцикловая усталость, при которой трещины развиваются на фоне упругого деформирования конструкции в целом, и малоцикловая усталость, связанная с повторным пластическим деформированием части конструкции.

 

В соответствии с государственным стандартом (ГОСТ 23207-78 "Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения") усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящих к изменению его свойств, образованию и развитию трещин и разрушению.


Различают две основные разновидности усталостного повреждения:


1. малоцикловая усталость возникает при максимальных напряжениях, превышающих предел текучести материала, и сопровождается знакопеременным пластическим деформированием объема материала, большого по сравнению с размерами структурных составляющих (зерен, пор, включений). Число циклов до образования заметной трещины (длиной 0,5 — 1 мм и более) зависит в основном от величины пластической деформации детали в каждом цикле и от способности материала
сопротивляться малоцикловому разрушению; для стальных конструкций оно не превышает 104. Явление малоцикловой усталости знакомо каждому, кто ломал проволоку, пластически деформируя ее в разные стороны.


2. многоцикловая усталость имеет место при напряжениях значительно ниже предела текучести. В этом случае в микрообъеме материал деформируется упруго (его свойства с вполне удовлетворительной точностью описываются законом Гука. Однако большинство реальных материалов имеют сложную многокомпонентную структуру (зерна, поры, межзеренные прослойки, неметаллические включения в стали и т. д.). При упругом деформировании достаточно
большого объема в микрообъемах (в отдельных слабых зернах, вблизи дефектов) происходит локальное знакопеременное пластическое деформирование, которое называют микропластическим. Его многократное повторение приводит к зарождению микроскопических трещин. Постепенное их развитие и слияние в магистральную трещину приводит к ослаблению сечений и затем к внезапному долому деталей. Продолжительность стадии многоцикловой усталости к моменту зарождения магистральной усталостной макротрещины для стальных конструкций превышает 105- 106 циклов.


Граница между малоцикловой и многоцикловой усталостью не является четко выраженной. В тех случаях, когда пластическая деформация в микрообъеме отлична от нуля в каждом цикле, но мала по сравнению с упругой, условия зарождения трещины зависят и от упругой и от пластической деформации. Это - переходная зона между малоцикловой
и многоцикловой усталостью.

 

Rambler's Top100