inst_5.pdf

(10879 KB) Pobierz
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
Wydział Mechaniczny
Wydziałowy Zakład Wytrzymałości Materiałów W10/Z1
Raport Wydziałowego Zakładu Wytrzymałości Materiałów, PWr. 2005
Seria SPR nr
LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI
MATERIAŁÓW
Materiały pomocnicze dla studentów do Ćwiczenia nr 5
(Badania zmĘczeniowe materiałów)
Opracował: Przemysław STRÓśYK
Wrocław, 2010
Wersja poprawiona
850336338.031.png
Spis treści
1.
Podstawowe pojęcia
2.
Wyznaczanie wytrzymałości zmęczeniowej - wykres Wöhlera
2.1
Wykres Wöhlera w ujęciu statystycznym – zagadnienia podstawowe
2.1.1
Opracowanie wyników badań zmęczeniowych
2.1.2
Opracowania wyników w zakresie ograniczonej wytrzymałości
zmęczeniowej – korelacja liniowa
2.1.3
Opracowania wyników w zakresie nieograniczonej wytrzymałości
zmęczeniowej -metoda schodkowa
3.
Wykresy zmęczeniowe
- wykres Smitha i Heigha
4.
Charakterystyka przełomów zmęczeniowych
5
Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową – zagadnienia
wybrane
5.1
Działanie karbu
5.2
Stan warstwy powierzchniowej
5.3
Obróbka plastyczna materiału
6.
Pytania kontrolne
7.
Literatura
1. Podstawowe pojęcia
ObciąŜenia działające na elementy konstrukcyjne mają charakter ustalony (sinusoidalny) lub
nieustalony (losowy) w czasie. Nazywa się je obciąŜeniami zmiennymi, a odpowiadające im
napręŜenia
-
napręŜeniami zmiennymi.
Występujące napręŜenia zmienne wywołują w materiale wiele złoŜonych procesów fizycznych
zaleŜnych od wartości napręŜeń i liczby cykli. DuŜa róŜnorodność tych zjawisk oraz ich akumulacja
doprowadza do osłabienia, a w efekcie końcowym
-
do zniszczenia elementu konstrukcyjnego. Tak
powstałe zniszczenie jest nazywane zmęczeniem materiału, a napręŜenia zmienne, które doprowadziły
do takiego stanu
-
napręŜeniami zmęczeniowymi.
W praktyce najczęściej spotykamy się z obciąŜeniem nieustalonym wynikającym przede
wszystkim z warunków eksploatacji urządzenia. Z takim przypadkiem mamy doczynienia np. w
zawieszeniu samochodu, dla którego wyznaczenie charakterystyki obciąŜenia jest trudne poniewaŜ
zaleŜy od nierówności drogi, drgań silnika oraz masy ładunku i jego rozmieszczenia czy prędkości
poruszania się. Ze względu na złoŜoność powyŜszego procesu, skomplikowany opis matematyczny i
przeznaczenie niniejszego opracowania ograniczymy się tylko do obciąŜeń ustalonych. Najprostszym
przypadkiem takiego obciąŜenia jest obciąŜenie sinusoidalnie zmienne, z którym mamy doczynienia
np. w obracającym się wale przy ustalonej wartości momentu skręcającego lub w obracającej się osi
obciąŜonej stałą wartością momentu gnącego.
Podstawowymi parametrami cyklu sinusoidalne zmiennego (rys. 1) są napręŜenia maksymalne
s
max , minimalne
s
min , napręŜenia średnie
s
m oraz amplituda napręŜeń
s
a .
Wymienione wielkości są powiązane ze sobą następującymi zaleŜnościami:
s
+
s
s
=
max
min
(1.1)
m
2
s
-
s
s
=
max
min
(1.2)
a
2
Do wyznaczenia zakresu zmian napręŜeń (
Ds
) stosuje się następujące równanie:
D
s
=
2
s
=
s
-
s
(1.3)
a
max
min
Ponadto w opisie dowolnego cyklu naleŜy podać okres zmian T oraz liczbę cykli N przypadających na
jednostkę czasu. Oprócz wyŜej wymienionych wielkości wprowadza się jeszcze dwa współczynniki:
- współczynnik stałości obciąŜenia
s
c =
m
(1.4)
s
a
- współczynnik asymetrii cyklu (czasami nazywany współczynnikiem amplitudy cyklu)
s
R
=
min
(1.5)
s
max
Między wymienionymi współczynnikami zachodzą następujące zaleŜności
Wydziałowy Zakład Wytrzymałości Materiałów, W10/Z1
3
850336338.032.png 850336338.033.png 850336338.034.png 850336338.001.png 850336338.002.png
 
1
+
R
c
-
1
c
= 1
lub
R
=
(1.6)
-
R
c
+
1
JeŜeli napręŜenia maksymalne i minimalne mają ten sam znak mówimy wówczas o cyklu
jednostronnym dodatnim lub ujemnym. Szczególnym przypadkiem takiego cyklu jest cykl odzerowo
tętniący, w którym jedno ze skrajnych napręŜeń, a więc
s
max lub
s
min , jest równe zero. Cykl w którym
napręŜenia maksymalne róŜnią się znakiem jest nazywany cyklem dwustronnym.
Rys. 1 Rodzaje napręŜeń zmęczeniowych: a) jednostronne dodatnie i ujemne, b) tętniące dodatnie i
ujemne, c) dwustronne, d) wahadłowe
W tabeli 1 podano, dla wybranych przypadków, charakterystyczne wartości parametrów w zaleŜność
od rodzaju cyklu.
Tabela 1.1 Wybrane przypadki okresowo zmiennych stanów napręŜenia
NapręŜenia
Współczynniki
asymetrii
cyklu
stałości
obciąŜenia
Lp.
Cykl
średnie
amplituda
s max ,
s min
s m
s a
R
c
s max > 0
s min > 0
1
jednostronny dodatni
> 0
¹
0
0 < R< +1
1 <
c
< +
µ
s max > 0
s min = 0
2
tętniący dodatni
½
s max
½
s max
0
1
s max > 0
s min < 0
3
dwustronny
> 0
¹
0
-1 < R < 0
0 <
c
< 1
s
max >
½s
½
min
s max = -
s min > 0
4
wahadłowy
0
s max =
½s min ½
- 1
0
s
min < 0
s max > 0
s min < 0
5
dwustronny
< 0
¹ 0
- µ < R < - 1
- 1 < c < 0
s
max <
½s
½
min
s
max = 0
s min < 0
6
tętniący ujemny
- 1
½
s
min
½
½s
½
-
µ
min
s
max < 0
s
7
jednostronny ujemny
< 0
¹
0
+ 1 < R< +
µ
-
µ
<
c
< -1
min < 0
Wydziałowy Zakład Wytrzymałości Materiałów, W10/Z1
4
850336338.003.png 850336338.004.png 850336338.005.png 850336338.006.png 850336338.007.png 850336338.008.png 850336338.009.png 850336338.010.png 850336338.011.png 850336338.012.png 850336338.013.png 850336338.014.png 850336338.015.png 850336338.016.png 850336338.017.png 850336338.018.png 850336338.019.png 850336338.020.png 850336338.021.png 850336338.022.png 850336338.023.png 850336338.024.png 850336338.025.png 850336338.026.png
 
Granica zmĘczenia lub wytrzymałoŚci zmĘczeniowĄ Z G nazywa się największą wartość napręŜenia
maksymalnego, jakie moŜe przenieść próbka lub element konstrukcyjny nie ulegając zniszczeniu po
osiągnięciu granicznej liczbie cykli N G . Liczba ta nazywana jest liczbą bazową i wynosi: dla stali i
innych stopów Ŝelaznych 5×(10 6
¸10 7 ) a dla stopów nie Ŝelaznych 2×(10 7
¸10 8 ).
PraktycznĄ granicĘ wytrzymałoŚci zmĘczeniowej nazywa się największą wartość napręŜenia
maksymalnego,
przy
której
ulega
zniszczeniu
próbka
po
umownie
przyjętej
liczbie
cykli
zmęczeniowych N C lub największą wartość napręŜenia maksymalnego nie powodująca zniszczenia
próbki przez osiągnięciem liczby cykli N G .
NieograniczonĄ wytrzymałoŚciĄ zmĘczeniowa Z nieogr nazywa się największą wartość napręŜenia
maksymalnego, nie wywołująca zniszczenia , gdy N
®µ
(jej dokładna wartość jest niemierzalna).
W praktyce wprowadza się jeszcze jedno pojęcie dotyczące wytrzymałości zmęczeniowej a
mianowicie
ograniczonĄ
wytrzymałoŚĆ
zmĘczeniowĄ .
Definicja
ograniczonej
wytrzymałości
zmęczeniowej jest taka sama jak definicja praktycznej wytrzymałości zmęczeniowej z tym, Ŝe
określamy ją dla liczby cykli N mniejszej do granicznej liczby cykli N G .
Wytrzymałość zmęczeniową Z G najczęściej wyznacza się w cyklu wahadłowym, rzadziej w
cyklach tętniących, dla konkretnych rodzajów obciąŜenia (rozciąganie, ściskanie, zginanie, skręcanie i
ścinanie). PoniewaŜ granicę wytrzymałości zmęczeniowej Z moŜna wyznaczyć dla róŜnych
konfiguracji obciąŜenia i cyklu, w związku z tym do jej podstawowego oznaczenia wprowadza się dwa
wskaźniki Z ab
-
pierwszy z nich oznacza rodzaj obciąŜenia a drugi
-
rodzaj cyklu. W tabeli 2 podano
pełne oznaczenia wytrzymałości zmęczeniowej dla róŜnych rodzajów obciąŜeń.
Tabela 1.2 Oznaczenia wytrzymałości zmęczeniowej dla róŜnych rodzajów obciąŜeń
Oznaczenie wytrzymałości zmęczeniowej
wg Moszyńskiego [4]
Rodzaj obciąŜenia
rozciąganie tętniące
Z rj
rozciąganie wahadłowe
(rozciąganie i ściskane)
Z rc
ściskanie tętniące
Z cj
zginanie tętniące
Z gj
zginanie wahadłowe
Z go
skręcanie tętniące
Z sj
skręcanie wahadłowe
Z so
ścinanie tętniące
Z tj
ścinanie wahadłowe
Z to
Wydziałowy Zakład Wytrzymałości Materiałów, W10/Z1
5
850336338.027.png 850336338.028.png 850336338.029.png 850336338.030.png
 

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin