Усталостные разрушения

Усталостные разрушения

Поведение конструкции при усталостном разрушении обычно резко отличается от поведения конструкции, разрушающейся или приходящей в негодность из-за статической перегрузки, вызывающей чрезмерные пластические деформации или потерю устойчивости, или в результате вязкого или хрупкого разрушения материала с образованием трещины. Усталостные разрушения обычно происходят при более низком уровне напряжений и только после большого числа повторных нагружении, тогда как разрушение при статической перегрузке обычно происходит в течение относительного короткого времени.

Усталостные разрушения, отмеченные инженерами железных дорог еще в 1843 г., в незначительной мере послужили побудительным мотивом для начала обширных исследований, которые проводятся с тех пор в области усталостного разрушения. Первые усталостные разрушения чаще всего происходили в элементах подвижного состава и пути. В конструкциях мостов в то время усталостные разрушения еще не имели места. Однако с течением времени число циклов нагружении увеличивалось, и усталостные трещины стали обнаруживаться также и в конструкциях мостов. Ввиду малой скорости распространения трещин и их обычно обнаруживали прежде, чем происходили серьезные разрушения. В противоположность этому детали машин обычно работают в условиях более высокой частоты повторного действия значительных напряжений и поэтому явление усталости проявляется здесь в большей степени, чем в конструкциях мостов, и скорость распространения трещины бывает значительно выше. Установлено, что около 90% всех деталей машин разрушается в результате усталости металла.

Усталостные разрушения сварных конструкций и машин часто вызываются концентрацией напряжения, обусловленной    неправильным выполнением их отдельных элементов.

Усталостное разрушение мешалки стиральной машины. Это разрушение началось из-за концентрации напряжений у основания углового сварного шва у внешнего конца ребра жесткости. В случае разрушения сварной рамы 400-тонного гидравлического пресса, усталостные трещины также появились в результате неправильного выполнения деталей конструкции и плохой технологии изготовления и связанной с этим значительной концентрации напряжений. В обоих случаях разрушение произошло при номинальных напряжениях, значительно меньших нормально допускаемых в таких конструкциях.

Еще один пример усталостного разрушения, где изображены сварные балки крупных машин для испытания на усталость. Усталостное разрушение балок (на фотографии показано стрелками) произошло после многих миллионов циклов нагружения при сравнительно низком значении амплитуды номинального напряжения.

Было проведено несколько натурных усталостных испытаний мостов. В 1929 г. Бернгард провел испытания сварного моста с пролетом 9,15 м2. Относительно высокие максимальные напряжения при этих испытаниях обусловили разрушение моста после небольшого числа циклов нагружения. Данные этих и других испытаний еще раз подтвердили необходимость учета усталости металла при проектировании сварных конструкций, работающих в условиях многократного нагружения повторными нагрузками.

Уже в течение многих лет технические требования к конструкциям мостов составляются с учетом усталости металла при действии повторных нагрузок. Например, еще в 1885 г. в требованиях компании Феникс Бридж Компани содержалось указание о том, что детали конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, должны рассчитываться на сумму большего и 0,6 меньшего из напряжений никла. Однако эти требования были основаны на ограниченных исходных данных.   Только   с   1930    г.   инженеры,   занимающиеся проектированием мостов и аналогичных конструкций, выполнили обширные лабораторные исследования факторов, оказывающих влияние на сопротивление усталости.

В 1944 г. В. М. Вильсон составил перечень деталей железнодорожных мостов клепаной конструкции, в которых, по его мнению, наиболее вероятно возникновение усталостных разрушений при эксплуатации. К этому времени было зарегистрировано сравнительно небольшое число усталостных разрушений, однако в течение нескольких лет после опубликования перечня Вильсона железнодорожные инспекторы, знавшие, где можно ожидать разрушения, обнаружили в деталях американских железнодорожных мостов клепаной конструкции несколько сот усталостных трещин. К счастью, эти трещины распространялись медленно и были обнаружены достаточно рано для возможности предотвращения значительных повреждений мостов или их элементов.

При проектировании конструкции, подверженной действию повторных нагрузок, необходимо заранее определить число повторений нагружения и величину нагрузки. После этого на основании данных исследований и опыта проектирования конструктор может выбрать наивыгоднейшую форму конструкции, включая все ее детали, и назначить размеры элементов и соединений конструкции, обеспечивающие прочность при заданных нагрузках. Точный расчет прочности конструкций в условиях усталости сопряжен с большими трудностями из-за ограниченного объема и содержания имеющихся данных по такого рода расчетам. Тем не менее исследования и сравнение имеющихся данных лабораторных исследований усталости и данных усталостных разрушений в эксплуатации показывают, что результаты лабораторных испытаний могут быть очень полезны для ориентировки при выборе формы и размеров деталей конструкции, которая не должна обнаруживать усталостных разрушений при ожидаемых нагрузках в условиях эксплуатации.

Читайте так же:

gazoviy-kotel 044 025 008 003 013 014 030

Комментарии запрещены.

Явление усталости

043 036 005 032 048 049
Усталость конструкций
Сопротивление усталости