Какое свойство материала называют выносливостью
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 апреля 2020; проверки требуют 10 правок.
Уста́лость материа́ла — в материаловедении — процесс постепенного накопления повреждений в детали под действием переменных (часто циклических) напряжений, приводящий к изменению свойств материала, образованию трещин, их развитию и разрушению материала детали за указанное время[1].
Параметр, обратный к усталости материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения в указанное время либо за указанное число циклов нагружения).
Кроме того, это понятие близко связано с прочностью, существует также понятие усталостной прочности.
Выносливость можно численно измерить, существуют методики её измерения.
Выносливость, так же, как и прочность, для многих материалов сильно зависит от температуры, это явление получило название хладноломкость.
История[править | править код]
Диаграмма Вёллера: по горизонтальной оси отложено количество циклов нагружения, по вертикальной напряжение разрушения.
Первооткрывателем явления стал Вильгельм Альберт[en], но термин «усталость» был введён в 1839 году французским учёным Ж.-В. Понселе, который обнаружил снижение прочности стальных конструкций при воздействии циклических напряжений.
Наибольший вклад в научное обоснование проектирования металлических конструкций, подвергающихся циклическим напряжениям, внёс немецкий инженер Август Вёллер[en] классическими опытами с железом и сталью в условиях повторного растяжения-сжатия, результаты которых были опубликованы в 1858—1870 годах.
Луис Шпангенберг[de] в 1874 году впервые графически изобразил результаты исследований, опубликованных А. Вёллером в виде таблиц.
С тех пор графическое представление полученной зависимости между амплитудами напряжения цикла и числом циклов до разрушения называют диаграммой (кривой) Вёллера.
Предотвращение усталостного разрушения[править | править код]
Основным методом предотвращения усталостного разрушения является модификация конструкции механизма с целью исключения циклических нагрузок, либо замена материалов на менее склонные к усталостному разрушению. Значительное увеличение выносливости даёт химико-термическая обработка металлов, например, поверхностное азотирование.
Газотермическое напыление, особенно высокоскоростное газопламенное напыление, создаёт напряжение сжатия в покрытии материала и способствует снижению склонности деталей к усталостному разрушению.
Некоторые известные катастрофы, связанные с усталостным разрушением[править | править код]
Список примеров в этом разделе не основывается на авторитетных источниках, посвящённых непосредственно предмету статьи или её раздела. Добавьте ссылки на источники, предметом рассмотрения которых является тема настоящей статьи (или раздела) в целом, а не отдельные элементы списка. В противном случае раздел может быть удалён. |
- Версальская железнодорожная катастрофа — произошла 8 мая 1842 года. Изначальной причиной послужил излом оси паровоза. Погибло около 55 человек, в том числе и известный исследователь Жюль-Сезар Дюмон-Дюрвиль со своей семьёй. Одна из крупнейших железнодорожных катастроф XIX века. Последующее расследование показало всю важность исследований усталости материалов от постоянных циклических нагрузок.
- 1919 — затопление Бостона патокой
- 1954 — Крушения самолётов De Havilland Comet.
- 1972 — катастрофа Ан-10 под Харьковом.
- 1977 — обрушение пешеходного моста на станции Пушкино.
- 1988 — Происшествие с Boeing 737 над Кахулуи.
- 1989 — катастрофа DC-10 в Су-Сити.
- 1992 — авиакатастрофа в Амстердаме.
- 1998 — крушение ICE у Эшеде
- 2009 — авария на Саяно-Шушенской ГЭС.
- 2018 — Авария на авиалайнере Рейс 1380 Southwest Airlines
См. также[править | править код]
- Усталостная прочность
- Предел выносливости
- Алгоритм Любачевского — Стилинжера, который в ряде случаев позволяет моделировать микроструктуру усталостных дефектов
Примечание[править | править код]
- ↑ Часто при определении срока службы используется не понятие времени, а понятие количества циклов (изгибов, изломов, сжатий-растяжений и пр.), а в некоторых отраслях, таких, как автомобилестроение, количество циклов нагружения учитывается длиной пробега в тысячах километров.
Источники[править | править код]
- Выносливость (сопротивлении материалов) — статья из Большой советской энциклопедии.
- Усталость материалов — статья из Большой советской энциклопедии.
Источник
Выносливость материала – сопротивление материала многократным изменениям напряжений, вызванных изменениями нагрузки во время ее действия или многократным ее повторением.
[Словарь основных терминов, необходимых при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.]
Рубрика термина: Свойства материалов
Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника, Автотранспорт, Акустические материалы, Акустические свойства, Арки, Арматура, Арматурное оборудование, Архитектура, Асбест, Аспирация, Асфальт, Балки, Без рубрики, Бетон, Бетонные и железобетонные, Блоки, Блоки оконные и дверные, Бревно, Брус, Ванты, Вентиляция, Весовое оборудование, Виброзащита, Вибротехника, Виды арматуры, Виды бетона, Виды вибрации, Виды испарений, Виды испытаний, Виды камней, Виды кирпича, Виды кладки, Виды контроля, Виды коррозии, Виды нагрузок на материалы, Виды полов, Виды стекла, Виды цемента, Водонапорное оборудование, Водоснабжение, вода, Вяжущие вещества, Герметики, Гидроизоляционное оборудование, Гидроизоляционные материалы, Гипс, Горное оборудование, Горные породы, Горючесть материалов, Гравий, Грузоподъемные механизмы, Грунтовки, ДВП, Деревообрабатывающее оборудование, Деревообработка, ДЕФЕКТЫ, Дефекты керамики, Дефекты краски, Дефекты стекла, Дефекты структуры бетона, Дефекты, деревообработка, Деформации материалов, Добавки, Добавки в бетон, Добавки к цементу, Дозаторы, Древесина, ДСП, ЖД транспорт, Заводы, Заводы, производства, цеха, Замазки, Заполнители для бетона, Защита бетона, Защита древесины, Защита от коррозии, Звукопоглащающий материал, Золы, Известь, Изделия деревянные, Изделия из стекла, Инструменты, Инструменты геодезия, Испытания бетона, Испытательное оборудование, Качество цемента, Качество, контроль, Керамика, Керамика и огнеупоры, Клеи, Клинкер, Колодцы, Колонны, Компрессорное оборудование, Конвеера, Конструкции ЖБИ, Конструкции металлические, Конструкции прочие, Коррозия материалов, Крановое оборудование, Краски, Лаки, Легкие бетоны, Легкие наполнители для бетона, Лестницы, Лотки, Мастики, Мельницы, Минералы, Монтажное оборудование, Мосты, Напыления, Обжиговое оборудование, Обои, Оборудование, Оборудование для производства бетона, Оборудование для производства вяжущие, Оборудование для производства керамики, Оборудование для производства стекла, Оборудование для производства цемента, Общие, Общие термины, Общие термины, бетон, Общие термины, деревообработка, Общие термины, оборудование, Общие, заводы, Общие, заполнители, Общие, качество, Общие, коррозия, Общие, краски, Общие, стекло, Огнезащита материалов, Огнеупоры, Опалубка, Освещение, Отделочные материалы, Отклонения при испытаниях, Отходы, Отходы производства, Панели, Паркет, Перемычки, Песок, Пигменты, Пиломатериал, Питатели, Пластификаторы для бетона, Пластифицирующие добавки, Плиты, Покрытия, Полимерное оборудование, Полимеры, Половое покрытие, Полы, Прессовое оборудование, Приборы, Приспособления, Прогоны, Проектирование, Производства, Противоморозные добавки, Противопожарное оборудование, Прочие, Прочие, бетон, Прочие, замазки, Прочие, краски, Прочие, оборудование, Разновидности древесины, Разрушения материалов, Раствор, Ригеля, Сваи, Сваизабивное оборудование, Сварка, Сварочное оборудование, Свойства, Свойства бетона, Свойства вяжущих веществ, Свойства горной породы, Свойства камней, Свойства материалов, Свойства цемента, Сейсмика, Склады, Скобяные изделия, Смеси сухие, Смолы, Стекло, Строительная химия, Строительные материалы, Суперпластификаторы, Сушильное оборудование, Сушка, Сушка, деревообработка, Сырье, Теория и расчет конструкций, Тепловое оборудование, Тепловые свойства материалов, Теплоизоляционные материалы, Теплоизоляционные свойства материалов, Термовлажносная обработка бетона, Техника безопасности, Технологии, Технологии бетонирования, Технологии керамики, Трубы, Фанера, Фермы, Фибра, Фундаменты, Фурнитура, Цемент, Цеха, Шлаки, Шлифовальное оборудование, Шпаклевки, Шпон, Штукатурное оборудование, Шум, Щебень, Экономика, Эмали, Эмульсии, Энергетическое оборудование
Источник: Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов. – Калининград.
Под редакцией Ложкина В.П..
2015-2016.
Источник
a) способность сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени
b) способность противостоять усталости
c) способность работать в поврежденном состоянии после образования трещины
d) способность противостоять хрупкому разрушению
Что такое живучесть?
a) продолжительность работы детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5…1,0 до разрушения
b) способность сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени
c) способность оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию
d) способность противостоять хрупкому разрушению
Что такое хладоломкость?
a) максимальная ударная вязкость при температурах хрупкого состояния
b) максимальная прочность при температурах хрупкого состояния
c) относительное снижение ударной вязкостью при переходе из вязкого состояния в хрупкое
d) температура перехода в хрупкое состояние
Как влияет поверхностное упрочнение на чувствительность металла к концентраторам напряжений?
a) не влияет на чувствительность
b) характер влияния зависит от вида упрочнения
c) понижает чувствительность
d) повышает чувствительность
Что такое длительная прочность?
a) напряжение, вызывающее разрушение при определенной температуре за данный отрезок времени
b) свойство материала сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени
c) долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости до разрушения
d) напряжение, вызывающее заданную скорость деформации при данной температуре
Что такое предел ползучести?
a) этап ползучести, предшествующий разрушению, при котором металл деформируется с постоянной скоростью
b) напряжение, при котором пластическая деформация достигает заданной малой величины, установленной условиями
c) напряжение, которому соответствует пластическая деформация 0,2%
d) напряжение, вызывающее заданную скорость деформации при данной температуре
Что такое удельные механические свойства?
a) отношение прочностных свойств материала к его пластичности
b) отношение механических свойств материала к его плотности
c) отношение механических свойств материала к площади сечения изделия
d) отношение механических свойств материала к соответствующим свойствам железа
Как называется явление упрочнения материала под действием пластической деформации?
a) текстура
b) улучшение
c) деформационное упрочнение
d) полигонизация
Что такое критическая степень деформации?
a) степень деформации, приводящая после нагрева деформированного материала к гиганскому росту зерна
b) степень деформации, при которой достигается наибольшая возможная плотность дефектов кристаллической структуры
c) минимальная степень деформации, при которой запас вязкости материала становится равным нулю
d) минимальная степень деформации, при которой рекристаллизационные процессы не вызывают роста зерна
Что такое рекристаллизация?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих…
a) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
b) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
c) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
d) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
Что такое отдых?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих…
a) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
b) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
c) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
Что такое возврат?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих…
a) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
b) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
c) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
Что такое полигонизация?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих…
a) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
b) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
c) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 3 августа 2014; проверки требуют 8 правок.
Преде́л выно́сливости (также преде́л уста́лости) — в науках о прочности: одна из прочностных характеристик материала, характеризующих его выносливость, то есть способность воспринимать нагрузки, вызывающие цикличные напряжения в материале.
Предел выносливости определяется, как наибольшее (предельное) максимальное напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого числа циклических нагружений.
Предел выносливости обозначают как , где коэффициент R принимается равным коэффициенту асимметрии цикла равному отношению минимального напряжения цикла к максимальному [1]. Таким образом, предел выносливости материала в случае симметричных циклов нагружения обозначают как , а в случае пульсационных как .
Для железистых и титановых сплавов можно установить предельную величину максимальных напряжений цикла, при которых материал не разрушится при произвольно большом числе нагружений. Однако другие металлы, такие как медь или алюминий, подвержены усталостному разрушению под действием сколь угодно малых нагрузок. В таких случаях принято говорить об ограниченном пределе выносливости , где коэффициент N соответствует заданному числу циклов нагружения, и обычно принимается за или циклов.
Определение предела выносливости[править | править код]
Предел выносливости материала определяют с помощью испытаний серий одинаковых образцов (не менее 10 шт.): на изгиб, кручение, растяжение-сжатие или в условиях комбинированного нагружения (последние два режима для имитации работы материала при асимметричных циклах нагружения или в условиях сложного нагружения).
Испытание начинают проводить при высоких напряжениях (0,7 — 0,5 от предела прочности), при которых образец выдерживает наименьшее число циклов. Постепенно уменьшая напряжения можно обнаружить, что стальные образцы не проявляют склонности к разрушению независимо от длительности испытания. Опыт их испытания показывает, что если образец не разрушился до циклов, то и при более длительном испытании он не разрушится. Поэтому это число циклов обычно принимают за базу испытаний и устанавливают то наибольшее значение максимального напряжения цикла, при котором образец не разрушается до базы испытаний. Это значение и принимают за предел выносливости.
Результаты испытаний можно представить в виде кривой усталости (также кривая Веллера, S-N диаграмма), которая строится для симметричных циклов нагружения. По оси абсцисс на логарифмической шкале откладывают количество циклов, по оси ординат напряжения:
Кривые усталости стали (синий цвет, виден предел выносливости) и алюминия (красный, предел выносливости неопределяем).
Кривая усталости (выносливости) показывает, что с увеличением числа циклов уменьшается минимальное напряжение, при котором происходит разрушение материала.
Связь предела выносливости с другими прочностными характеристиками материала[править | править код]
Испытания на усталость очень трудоёмки, связаны с получением и обработкой значительного массива данных, полученных экспериментальным путём и для которых характерен большой разброс значений. Поэтому были предприняты попытки связать эмпирическими формулами предел выносливости с известными прочностными характеристиками материала. Более всего для этой цели подходит такая характеристика материала как предел прочности.
Установлено, что, как правило, для сталей предел выносливости при изгибе составляет половину от предела прочности:
Для высокопрочных сталей можно принять:
Для цветных металлов можно принять:
Для углепластиков можно принять:
Аналогично можно провести испытания на кручение в условиях циклически изменяющихся напряжений. Для обычных сталей в этом случае можно принять:
Для хрупких материалов (высоколегированная сталь, чугун) в этом случае можно принять:
Данными соотношениями следует пользоваться с осторожностью, так как они получены при определенных режимах нагружения (изгибе и кручении). При испытаниях на растяжение-сжатие предел выносливости оказывается приблизительно на 10-20 % ниже, чем при изгибе, а при кручении полых образцов он оказывается отличным от полученного при кручении образцов сплошных.
В случае несимметричных циклов образцы испытывают не на изгиб, а на растяжение-сжатие или на кручение с использованием гидропульсаторов. Для несимметричных циклов строят так называемую диаграмму предельных амплитуд. Для этого находят пределы выносливости для выбранного значения постоянного напряжения при соответствующей амплитуде . Точка А при этом очевидно будет являться пределом выносливости при симметричном цикле, а точка В, которая не имеет амплитудной составляющей и по сути является постоянно действующим напряжением, будет являть собой фактически предел прочности :
см. рис
Практическое применение диаграммы предельных амплитуд заключается в том, что после построения диаграммы, проводятся испытания на только конкретные значения и . Если рабочая точка располагается под кривой, то образец способен выдержать неограниченное количество циклов, если над кривой — ограниченное.
Влияние асимметрии цикла[править | править код]
Пределы выносливости для несимметричного цикла выше, чем для симметричного. При использовании переходной прямой считают, что , где . При использовании параболы: [2].
См. также[править | править код]
- Усталость материала
- Усталостная прочность
Примечания[править | править код]
- ↑ Зиновьев В. А. Краткий технический справочник. Том 1. – М..-Л. Техтеориздат, 1949. – c. 344
- ↑ Зиновьев В. А. Краткий технический справочник. Том 1. – М..-Л. Техтеориздат, 1949. – c. 345
Литература[править | править код]
- Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. С. 479—483. ISBN 5-7038-1340-9
Источник