Способ испытания материалов на усталость

 

Изобретение относится к машиностроению, к способам построения усредненной кривой усталости образцов и деталей путем испытания их плавно возрастающей нагрузкой. Одну партию образцов нагружают от уровня напряжения выше ожидаемого предела выносливости, а другую (при одинаковых скоростях роста напряжений) - от уровня, не превышающего предел выносливости. С целью повышения информативности способа за счет определения всех параметров кривой усталости первую партию образцов нагружают при различных скоростях роста напряжений, одна из которых равна нулю.

Изобретение относится к машиностроению, к способам построения усредненной кривой усталости образцов и деталей путем испытаний их плавно возрастающей нагрузкой.

Известен способ испытания материалов на усталость, заключающийся в том, что одну партию образцов материала нагружают от уровня напряжения выше предела выносливости материала, а другую - при одинаковых скоростях роста напряжений - от уровня, не превышающего предел выносливости.

Недостаток способа - ограниченные возможности: при испытаниях определяют только один параметр кривой усталости - предел выносливости.

Цель изобретения - повышение информативности за счет определения всех параметров кривой усталости.

С этой целью нагружение первой партии образцов осуществляют при различных скоростях роста напряжений, одна из которых равна нулю.

Способ реализуется следующим образом.

Первый образец нагружают при постоянной скорости α роста напряжений от начального уровня σ₁¹ выше ожидаемого предела выносливости σ_R и фиксируют разрушающее напряжение σ_p¹ .

Исходя из степенного уравнения кривой многоцикловой усталости в виде σ^m N = σ_R^m N_G = 10^c , (1) где σ и N - текущие напряжение и число циклов до разрушения; m, σ_R (или N_G), С - параметры; N_G - абсцисса точки перелома кривой усталости, и линейной гипотезы суммирования усталостных повреждений, записывают условие разрушения в виде ( σ_p^I )^{m + 1} - (σ₁^I )^{m + 1} = α ( m + 1 ) ˙ 10^c .

(2) Второй образец испытывают при постоянном напряжении σ_q ≥ σ₁^I (скорость роста напряжения α = 0), фиксируют число циклов N_q и записывают условие разрушения согласно уравнению (1) в виде σ_q^m N_q = 10^c . (3) Из условий (2) и (3) получают уравнение ( σ_p^I )^{m + 1} - (σ₁^I )^{m + 1} - α (m + 1 )σ_q^m N_q = 0, (4) из которого методом подбора определяют параметр m усредненной кривой усталости. Параметр С находят по условию (3).

Третий образец нагружают при постоянной скорости α роста напряжений от начального уровня σ₁ не выше предела выносливости σ_R , фиксируют разрушающее напряжение σ_p , переписывают условие (2) в виде σ_p^{m + 1} - σ_R^{m + 1} = α ( m + 1 ) ˙ 10^c (5) и, исходя из условия (5), определяют предел выносливости по формуле σ_R = [ σ_p^{m + 1} - α ( m + 1 ) ˙ 10^c ]^{1 / (m + 1)} (6)
П р и м е р. Способ был осуществлен при испытаниях на изгиб трех осей диаметром 50 мм, изготовленных из стали 45. По данным ранее проведенных традиционных испытаний 16 осей получены параметры кривой усталости: m = 4,502, C = 16,344, σ_R =125 МПа.

Первую ось испытывали от начального напряжения σ₁¹ = 155 МПа при скорости роста напряжения α₁ = 50 Па/цикл. Получили разрушающее напряжение σ_p¹ = 228,7 МПа. Вторую ось испытывали при постоянном напряжении σ_q = 185 МПа (α₂ = 0) и зафиксировали число циклов N_q = 1,872 10⁶ циклов. Из уравнения (4) нашли m = 4,281. По условию (3) вычислили С = 15,978.

Третью ось испытывали от начального уровня σ₁ = 100 МПа при скорости роста напряжений α₃ = 50 Па/цикл и получили σ_p = 225,0 МПа. По формуле (6) определили предел выносливости σ_R= 128,2 МПа. Полученные результаты близки к результатам традиционных испытаний осей.

Таким образом, по результатам испытаний трех осей определили все параметры кривой усталости, подчиненной уравнению (1), и получили возможность ее построения.

Формула изобретения

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УСТАЛОСТЬ, заключающийся в том, что одну партию образцов материала нагружают от уровня напряжения выше предела выносливости материала, а другую - при одинаковых скоростях роста напряжений от уровня, не превышающего предел выносливости, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем определения всех параметров кривой усталости, нагружение первой партии образцов осуществляют при различных скоростях роста напряжений, одна из которых равна нулю.