Настоящее немецкое качество!
Продукция FUNKE заслуживает внимания и высокого одобрения. Настоящее немецкое качество. Специалист по проектированию и монтажу систем наружного водопровода и канализации. Антонов А.С.

Статьи

Еще в середине XIX ст. было обнаружено, что прочность металлов при воздействии на них переменных нагрузок значительно ниже их прочности при однократном нагружении. Эта закономерность получила название усталости металлов и стала предметом тщательного исследования.

Подробнее>>

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ

Разрушение металлов при действии переменных нагрузок происходит, как правило, вследствие усталости. Усталость металлов — процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием переменных напряжений, приводящий к образованию усталостной трещины, ее развитию и разрушению. Выносливость — свойство материала противостоять усталости.

Подробнее>>

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ (часть 1)

Экспериментальным методам исследования усталости металлов и конструктивных элементов уделялось и уделяется большое внимание, поскольку полученные с использованием этих методов результаты являются основой обеспечения надежности и долговечности конструкций, работающих в условиях переменных нагрузок. Методы и оборудование для таких исследований подробно рассмотрены в работах.

Подробнее>>

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ (часть 2)

Особенностью машин с электрогидравлическим принципом возбуждения нагрузок является взаимосвязь перемещения с частотой нагружения. С увеличением перемещения захватов реализуемая частота уменьшается. При испытаниях на малоцикловую усталость используются машины с электрогидравлическим и механическим принципами нагружения. Особое значение в этом случае имеет наличие возможности реализовать различные режимы по изменению нагрузок и деформаций.

Подробнее>>

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ (часть 3)

В том случае, если производится определение предела выносливости по данным испытаний при однородном напряженном состоянии (растяжение). Методы, принадлежащие к третьей группе, связывают величину предела выносливости с циклическими напряжениями, при которых интенсифицируются те или иные процессы в металле. Такими процессами могут быть или нагрев образца, или рассеяние энергии, или изменение электрического сопротивления и т. п.

Подробнее>>

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ (часть 4)

В соответствии с методом образцы разрушаются при воздействии на них повторно-переменной нагрузки, амплитуда которой увеличивается в процессе испытания с постоянной скоростью. Зависимость между пределом выносливости, максимальными напряжениями, при достижении которых разрушаются образцы, и скоростью увеличения напряжения, которая различна для разных образцов одной партии. Подробнее>>

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 1)

Объяснить явление усталостного разрушения и закономерности, которые при этом наблюдаются, можно лишь на основе глубокого исследования процессов, происходящих в материале в условиях повторно-переменного нагружения, т. е. путем разработки физической теории усталости металлов. Несмотря на большое количество работ, посвященных этому вопросу, в настоящее время нет единой трактовки процесса усталостного разрушения металлов, что объясняется в первую очередь исключительной сложностью проблемы.

Подробнее>>

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 2)

Дальнейший шаг в изучении природы усталостного разрушения был сделан, когда было обнаружено, что пластические деформации при циклическом нагружении характеризуются высокой локальностью. Так, Буллен, Хэд и Вуд, исследуя с помощью рентгеновских лучей медные образцы, нашли, что статическая нагрузка выше предела текучести вызывает значительную деформацию зерен, в то время как при быстром знакопеременном нагружении пластическая деформация концентрируется в локальных объемах.

Подробнее>>

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 3)

Дальнейший шаг в изучении природы усталостного разрушения был сделан, когда было обнаружено, что пластические деформации при циклическом нагружении характеризуются высокой локальностью. Так, Буллен, Хэд и Вуд, исследуя с помощью рентгеновских лучей медные образцы, нашли, что статическая нагрузка выше предела текучести вызывает значительную деформацию зерен, в то время как при быстром знакопеременном нагружении пластическая деформация концентрируется в локальных объемах.

Подробнее>>

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 4)

Искажение атомной решетки может происходить вследствие накопления скрытой энергии деформирования решетки, на что расходуется, по данным некоторых исследователей, 10—15% всей рассеянной в материале энергии. Накапливаемая в материале энергия приводит к появлению статических искажений, т. е. к смещению атомов и удалению их от положения устойчивого равновесия. Все это приводит к зарождению и развитию микроскопических трещин и их распространению в виде трещин усталости. Механизм возникновения усталостных трещин при различных уровнях деформаций существенно различен. Рассмотрим это на примере исследования меди по результатам, полученным Вудом, Куслендом и Сарджентом.

Подробнее>>

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 5)

Дальнейшее циклическое деформирование при этих амплитудах, не увеличивая усталостного повреждения, приводит к увеличению числа плоскостей сдвига, распространяющихся на все зерна. Развитие процесса, характерного для каждого из участков кривой усталости. Интересная особенность циклического деформирования металлов была обнаружена Форсайтом, который установил, что в процессе повторно-переменного нагружения из пластически деформированных объемов металлов вдоль полос скольжения наблюдается выдавливание (экструзия) тонких лепестков металла толщиной менее 1 мкм.

Подробнее>>

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 6)

Вакансионный механизм зарождения усталостных трещин предполагает, что трещина возникает вследствие коагуляции вакансий, образовавшихся при движении дислокаций в плоскостях наибольших касательных напряжений, когда имеются условия для диффузии.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 1)

Конструктивные, эксплуатационные и технологические факторы оказывают существенное влияние на величину предела выносливости металлов. Под конструктивными факторами подразумеваются факторы, характеризующие размеры и геометрию образца; под эксплуатационными — факторы, характеризующие силовой, температурный и химический режим нагружения; под технологическими — факторы, связанные с режимом термической обработки металла и технологией изготовления конструктивных элементов.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 2)

При испытании сталей в коррозионных средах наблюдается отрицательное проявление масштабного фактора, при котором предел выносливости увеличивался с увеличением диаметра образца. Такая закономерность объясняется повышением влияния разупрочнения поверхностных слоев металла в условиях коррозионного воздействия.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 3)

Коэффициент чувствительности к концентрации напряжений зависит от свойств материала, абсолютной величины теоретического коэффициента концентрации напряжений, размеров исследуемого образца и от уровня напряжений, при которых проводятся испытания.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 4)

Зависимость эффективного коэффициента концентрации напряжений для стали и алюминиевого сплава от долговечности в диапазоне 0,5—107 циклов до разрушения. Если при долговечностях 107 циклов значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений близки к значениям теоретического коэффициента, то при долговечностях 102—103, когда имеют место существенные циклические пластические деформации, значения близки к единице.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 5)

Напряженное состояние, при котором значения главных напряжений остаются неизменными по всей рабочей части образца, называется однородным (растяжение, чистый сдвиг и т. п.). Напряженное состояние, при котором значения главных напряжений изменяются по высоте или другому измерению образца, называется неоднородным (изгиб, кручение цилиндрических образцов, концентраторы напряжения и т. п.). Величиной, характеризующей степень неоднородности напряженного состояния, является градиент напряжений или относительный градиент напряжений.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 6)

Как показывают результаты многочисленных экспериментальных исследований при статическом нагружении, интенсивность напряжений и интенсивность деформаций примечательны тем, что диаграммы деформирования большинства сплавов, построенные в этих координатах по результатам испытаний при различных соотношениях главных напряжений, совпадают. В тех случаях, когда имеет место существенная разница в характеристиках прочности при сжатии и растяжении, используется теория прочности Мора.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 7)

Минимальные значения пределов выносливости, полученные при этом, соответствуют чистому сдвигу и составляют примерно 70% предела выносливости при растяжении. Аналогичные результаты были получены при испытании тонкостенных цилиндров, где было найдено, что сопротивление усталости не зависит от всех трех главных напряжений, а определяется в первую очередь величиной касательных напряжений.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 8)

Для учета влияния режима нагружения на долговечность металлов используются различные гипотезы. Наибольшее распространение получила гипотеза линейного суммирования повреждения. Реакция материала на режим изменения нагрузки весьма различна, и установить общее правило для всех случаев практически невозможно.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 9)

С повышением температуры испытания предел выносливости существенно уменьшается, причем горизонтальный участок на кривых усталости исчезает, что свидетельствует об отсутствии физического предела выносливости. В области высоких температур наблюдается перелом на кривых усталости, свидетельствующий об изменении механизма разрушения и переходе от внутрикристаллического разрушения к внутризеренному.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 10)

При воздействии коррозионных сред использование высокопрочных сталей без применения специальных методов защиты не приводит к заметному увеличению предела выносливости. Влияние среды учитывается коэффициентом влияния среды.

Подробнее>>

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ (часть 11)

Применяются следующие методы поверхностного упрочнения: 1) химико-термические методы (азотирование, цементирование, цианирование и т. д.); 2) поверхностная закалка т. в. ч.; 3) наклеп поверхностного слоя (обкатка роликами, обдувка дробью, чеканка и т. п.); 4) комбинированные методы (цементация с последующей обдувкой дробью и т. п.).

Подробнее>>

РАССЕЯНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ И МЕТОДЫ ЕГО УЧЕТА (часть 1)

Рассеянию результатов испытаний на усталость до последнего времени уделялось недостаточное внимание. Повышение требований к точности расчетов на прочность и долговечность конструкций привело к необходимости учета этого явления и стимулировало проведение большого количества исследований по изучению закономерностей рассеяния характеристики прочности и долговечности в зависимости от их свойств и конструктивно-технологических факторов. В этих исследованиях кривые усталости строились по результатам испытаний не 8 — 10 образцов, как ранее, а 100 — 200 образцов и более.

Подробнее>>

РАССЕЯНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ И МЕТОДЫ ЕГО УЧЕТА (часть 2)

Такое представление результатов испытания дает возможность при расчетах на прочность принимать в качестве расчетной характеристики значения напряжений для определенной долговечности и значения долговечностей при определенном напряжении, соответствующие заданной вероятности разрушения.

Подробнее>>

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕЛ С УСТАЛОСТНЫМИ ТРЕЩИНАМИ (часть 1)

Исследование развития усталостных трещин имеет практическую важность с двух точек зрения. Во-первых, в деталях с концентраторами и в деталях больших размеров период развития видимой усталостной трещины занимает до 50% общей долговечности детали. В связи с этим необходимо знать закономерности развития таких трещин, чтобы правильно определить ресурс детали. Во-вторых, усталостная трещина является острым концентратором напряжения, что в совокупности с понижением температуры и приложением динамических нагрузок увеличивает вероятность хрупкого разрушения. При этом следует также учитывать, что в некоторых весьма ответственных конструкциях гарантировать отсутствие технологических и усталостных трещин практически невозможно.

Подробнее>>

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕЛ С УСТАЛОСТНЫМИ ТРЕЩИНАМИ (часть 2)

Описанная формула получила экспериментальное подтверждение только для весьма хрупких материалов типа стекла и кварца. Впоследствии Орованом была сделана попытка усовершенствовать формулу Гриффитса применительно к пластичным материалам. Анализ показал, что для металлов энергия пластического деформирования, которая реализуется в вершине трещины, гораздо больше (в 1000 раз и более) удельной поверхностной энергии.

Подробнее>>

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕЛ С УСТАЛОСТНЫМИ ТРЕЩИНАМИ (часть 3)

На лабораторных образцах из исследуемого материала в условиях плоской деформации определяется критическое значение коэффициента интенсивности напряжения, рассчитывается напряженное состояние конструктивного элемента с использованием данных, устанавливается связь между критическими значениями размера трещин и напряжений.

Подробнее>>

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕЛ С УСТАЛОСТНЫМИ ТРЕЩИНАМИ (часть 4)

Исследования показали, что этот критерий наиболее эффективен при сравнительной оценке свойств различных материалов, его использование для расчета конструкций связано с необходимостью учета влияния на него размеров образца, температуры и скорости приложения нагрузки.

Подробнее>>

ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ (часть 1)

Испытания при малоцикловом нагружении проводятся при сравнительно низких частотах (до 50 цикл/мин), высоких уровнях напряжений (равных и выше предела текучести) и долговечностях до 105 циклов. Разрушение при малоцикловом нагружении может происходить или путем исчерпания пластичности (квазистатическое разрушение) или путем возникновения и развития усталостной трещины (усталостное разрушение).

Подробнее>>

ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ (часть 2)

Переход к нелинейному участку кривой деформирования в полуцикле соответствует напряжению и деформации предела текучести (пропорциональности). Переход от системы координат к системе координат может быть осуществлен с использованием значения напряжений и деформаций в полуцикле. Суммарная накопленная деформация может быть найдена из суммарной деформации путем вычитания из нее упругой составляющей. Для четного полуцикла упругая деформация численно равна полученному значению, для нечетного — неравна. Сделав необходимые преобразования, получим соответственно среднее и амплитудное значения напряжений.

Подробнее>>

ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ (часть 3)

Исследование кинетики изменения деформации особенно важно для мягкого режима нагружения, когда может иметь место и квазистатическое и усталостное разрушение; при жестком режиме нагружения, когда уровень деформации ограничивается, почти всегда имеет место усталостное разрушение.

Подробнее>>

ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ (часть 4)

Характер изменения температуры и усилия в образце, при условии, что образец защемлен при первоначальной температуре, рассчитывается по времени. Построив диаграмму циклического деформирования образца при таком испытании при условии, что перепад температур достаточно велик и вызывает пластические деформации в образце, получим петлю пластического гистерезиса.

Подробнее>>

ТЕОРИИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 1)

В настоящее время ни одна из существующих теорий не дает возможности объяснить всю совокупность закономерностей, наблюдающихся при усталостном разрушении металлов. Каждая из этих теорий объясняет лишь некоторую часть этих закономерностей. Наиболее известными являются следующие теории: статистические; теории, основанные на учете неупругости металлов; градиентальные, технологические и некоторые другие.

Подробнее>>

ТЕОРИИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 2)

Рассмотренная статистическая теория дает возможность учесть рассеяние характеристик прочности и использовать для расчетов такие значения предельных напряжений, для которых задана вероятность неразрушения. Величина t равна отношению среднего напряжения к напряжению, при котором вероятность неразрушения равна I.

Подробнее>>

ТЕОРИИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 3)

Неупругость металлов исследуется или прямым методом, когда в процессе циклического нагружения с заданной частотой фиксируется петля динамического гистерезиса, или косвенными методами, когда основные характеристики петли гистерезиса рассчитываются по изменению амплитуды свободных затухающих колебаний, по нагреву образца (калориметрический метод), по форме и размерам резонансной кривой, по сдвигу фаз между сигналами напряжений и деформаций при циклическом нагружении и т. п.

Подробнее>>

ТЕОРИИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 4)

Для стали характерно разупрочнение, которое имеет немонотонный характер. Для аустенитной стали при напряжениях, близких к пределу усталости, на базе 107 циклов наблюдается снижение неупругой деформации с увеличением числа циклов нагружения. При напряжениях, значительно превышающих предел усталости, сталь ведет себя как циклически разупрочняющийся материал.

Подробнее>>

ТЕОРИИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 5)

Некоторые теории из первой группы основаны на предположении о равенстве энергии, рассеянной в материале при циклическом нагружении, т. е. сумм энергии разрушения при статическом нагружении. Условие соответствует экспериментальным данным, как было показано выше, лишь в области весьма высоких напряжений. При напряжениях, близких к пределу выносливости, суммарная энергия рассеянная при циклическом нагружении существенно больше, чем энергия разрушения при статическом нагружении. Это учитывается условием, предложенным Морроу.

Подробнее>>

ТЕОРИИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (часть 6)

Технологические теории связывают закономерности усталостного разрушения с технологией изготовления образцов и конструктивных элементов и в первую очередь — с особенностями формирования их поверхностного слоя.

Подробнее>>

МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ (часть 1)

Расчеты на прочность при переменных напряжениях основываются на установлении коэффициентов запаса прочности, равных отношению предельных напряжений к действующим напряжениям с учетом влияния вида напряженного состояния, концентрации напряжений, размеров образца, асимметрии цикла и других факторов, обеспечивающих надежную эксплуатацию деталей машин в течение заданного срока. Существенный вклад в совершенствование методов расчета на прочность был сделан С. В. Серенсеном и его сотрудниками. В данной главе приводятся полученные ими результаты.

Подробнее>>

МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ (часть 2)

Второй подход основывается на совершенствовании методов расчета на прочность с целью учета влияния на величину предельных напряжений таких факторов, как асимметрия цикла, концентрация напряжений, размеры образца, неоднородность свойств и нестационарность режима нагружения и т.п. Некоторые из этих методов, разработанные С. В. Серенсеном, были рассмотрены выше.

Подробнее>>