Работа стали при повторных нагрузках.
Если напряжения при повторных загружениях находятся:
а) в упругой стадии - повторные загружения не отражаются на работе материала;
б) в упруго-пластической стадии – область упругой работы увеличивается, пластичность падает (наклеп).
Многократное (миллионы раз) повторное нагружение может привести к разрушению при значениях напряжений менее временного сопротивления и даже менее предела текучести. Усталостью металла называется разрушение его под действием многократно повторенной знакопеременной или переменной нагрузки при значениях напряжений ниже временного сопротивления. Способность металла сопротивляться такому разрушению называется выносливостью, а напряжение при котором металл разрушается, – вибрационной или усталостной прочностью sвб.При этом существенное значение имеет, ниже или выше предела текучести Ryn максимальные напряжения при повторяющихся нагрузках.
Возможны 2 случая:
· при упругих деформациях (σ<Ry) разрушение наступает при циклах нагрузки в несколько сот тысяч или миллионов раз и называется многоцикловой усталостью.
· при упругопластических деформациях (σ>Ry), из-за наличия остаточных деформаций разрушение происходит при меньшем числе циклов нагрузки, измеряемой единицами или сотнями (например, разрушение проволоки при многократных больших перегибах), и называется упругопластической малоцикловой усталостью.
Вибрационная прочность sвб неодинакова для различных классов сталей. Для одного и того же класса стали вибрационная sвб прочность зависит от характера циклов нагрузки и их количества. Характер цикла определяется коэффициентом асимметрии, равным отношению наименьших по абсолютной величине напряжений к наибольшим .
Наибольшее напряжение, при котором материал в состоянии выдерживать практически неограниченно большое число циклов нагружения при данном коэффициенте асимметрии r называется пределом выносливости или пределом усталости .(
)
Прибольшом числе циклов загружения sвб → . Испытания для определения предела выносливости проводятся на базе числа циклов нагружения n=2*106 раз.
Процесс усталостного разрушения проходит 3 стадии:
· циклическое нагружение до образования трещины
· рост трещины
· хрупкий излом.
При расчете металлоконструкций усталость металла учитывается снижением расчетного сопротивления стали, умножением на коэффициент , значение которого зависит от рассмотренных факторов и приводится в нормах проектирования или определяется по формулам. При проектировании металлических конструкций, подверженных воздействию многократно действующих подвижных или вибрационных нагрузок (подкрановых балок, бункерных и разгрузочных эстакад, конструкций под моторы, станки и т. п.) особое внимание следует уделять разработке конструктивных решений, вызывающих наименьшую концентрацию напряжений: плавные переходы в соединениях элементов, отсутствие резких изменений сечений, отверстий, вырезов и т. д.