Лекція № Розрахунки на міцність елементів теплоенергетичного обладнання під дією повторно-змінних навантажень

Тема 1: Поняття про втому матеріалів

Значна кількість деталей машин працює в таких умовах, коли напруження, які виникають у них періодично змінюється за значенням або за значенням та знаком. Якщо елементи конструкції багаторазово піддавати змінному навантаженню певного рівня, то після деякої кількості змін напружень у ньому з’явиться тріщина, яка поступово буде розвиватися.

Руйнування матеріалу під дією повторно – змінних напружень називається руйнуванням від втоми. Втомою матеріалів називають явище руйнування внаслідок поступового нагромадження в них пошкоджень, що приводять до виникнення тріщин при багаторазовому повторенні навантажень. Здатність металів чинити опір руйнуванню при дії повторно – змінних напружень називається опором втоми матеріалу, або витривалістю матеріалу. Максимальне напруження, при якому матеріал здатний чинити опір, не руйнуючись, при будь-якій довільно великій кількості повторень змінних напружень, називається границею витривалості (границею втоми).

Позначаються:

σ_-1 – якщо нормальні напруження;

τ_-1 – якщо дотичні напруження;

Границя витривалості визначається експериментально. Припускаємо, що напруження є періодичними функціями часу з періодом Т: Р =f(x), де Р – узагальнене напруження воно може бути σ – як нормальні напруження розглянемо і τ – якщо дотичні напруження.

Види циклів напружень:

Симетричний цикл – найбільш небезпечний цикл

Відновний цикл

Бувають ще несиметричні цикли.

Сукупність усіх значень напружень за час одного періоду називають циклом напружень

Основні параметри циклу

Середнє напруження циклу

Амплітудне напруження циклу

Розмах циклу це подвоєне значення амплітуди.

r – називається характеристикою циклу, або коефіцієнтом асиметрії циклу.

r=-1 симетричний цикл це Р_сер=0 → Р_max= -Р_min

Від нульовий цикл (пульсуючий Р_min=0)

r=1 → Р_max= Р_min це статичне навантаження.

Границею витривалості здобуту при характеристиці циклу r позначають через Р_r, тобто σ_r, τ_r.

Цикли, що мають однакові характеристики r називають подібними.

Границя витривалості знаходиться експериментально на спеціальних машинах. Найпоширеніші випробування – це згин при симетричному циклі навантаженні. Для випробувань беруть серію з 10-15 однакових відполірованих циліндричних зразків з діаметром робочої частини 5-10 мм.

Робоча частина

Перший зразок навантажують до значного напруження σ₁ – щоб він зруйнувався за порівняно невеликого числа циклів N₁. Другий зразок випробують за меншим напруженням він вже простоїть число циклів N₂. Потім для наступного зразку знов зменшують напруження, і так до тих пір поки крива не приближаються до асимптоти.

Границя витривалості σ₁ максимальним значенням періодичного-змінного напруження, за якого матеріал може необмежено довго чинити опір руйнації.

Якщо сталевий зразок витримав N=10⁷ циклів – це число називається базою випробувань, може витримати необмежене число циклів.

Для кольорових металів границю витривалості визначають на базі випробувань N=10⁸ циклів.

Знаючи тимчасовий опір σ в можна визначити границю витривалості так для сталі:

σ_-1р=0,28σ_в; σ_-1зг=0,4σ_в; τ_-1=0,22σ_в;

Для кольорових металів: σ_-1зг=(0,24/0,5)σ_в