Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен из Усталостная сила )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Типичные кривые приложенного напряжения в зависимости от количества циклов для   сталь (с указанием предела выносливости) и   алюминий (без такого предела).

Предел усталости или предел выносливости является напряжение уровня , ниже которого бесконечное число циклов нагружения может быть применено к материалу , не вызывая усталость провала. [1] Некоторые металлы, такие как сплавы черных металлов и титановые сплавы, имеют четкий предел, [2] тогда как другие, такие как алюминий и медь , не выходят из строя и в конечном итоге будут разрушаться даже при малых амплитудах напряжения. Если материалы не имеют четкого ограничения, используется термин « усталостная прочность» или « предел выносливости», который определяется какмаксимальное значение полностью обращенного напряжения изгиба, которое материал может выдержать в течение определенного количества циклов без усталостного разрушения . [3] [4]

Определения [ править ]

ASTM определяет усталостную прочность , как «значение напряжения , при котором происходит сбой после циклов», и предела усталости , как «предельного значение напряжения , при котором происходит сбой , как становится очень большим». ASTM не определяет предел выносливости , значение напряжения, ниже которого материал будет выдерживать много циклов нагрузки [1], но подразумевает, что он аналогичен пределу усталости. [5]

Некоторые авторы используют предел выносливости , для напряжения , ниже которого неудача никогда не происходит, даже для бесконечно большого числа циклов нагружения, как и в случае стали ; и предел усталости или усталостная прочность , , для напряжения , при котором происходит сбой после определенного количества циклов нагружения, например, 500 миллионов, как и в случае алюминия. [1] [6] [7] Другие авторы не делают различий между выражениями, даже если они действительно различают два типа материалов. [8] [9] [10]

Типичные значения [ править ]

Типичные значения предела ( ) для сталей составляют 1/2 предела прочности на растяжение, максимум 290 МПа (42 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). Для сплавов железа, алюминия и меди обычно в 0,4 раза превышает предел прочности на разрыв. Максимальные типовые значения для чугуна 170 МПа (24 фунтов на квадратный дюйм), алюминия 130 МПа (19 фунтов на квадратный дюйм) и меди 97 МПа (14 фунтов на квадратный дюйм). [2] Обратите внимание, что эти значения относятся к гладким образцам без надрезов. Предел выносливости для образцов с надрезом (и, следовательно, для многих практических ситуаций проектирования) значительно ниже.

Было показано, что для полимерных материалов предел выносливости отражает внутреннюю прочность ковалентных связей в полимерных цепях, которые необходимо разорвать, чтобы расширить трещину. Пока другие термохимические процессы не разрывают полимерную цепь (например, старение или воздействие озона ), полимер может работать бесконечно без роста трещин, когда нагрузки поддерживаются ниже собственной прочности. [11] [12]

Концепция предела усталости и, следовательно, стандарты, основанные на пределе усталости, такие как прогноз срока службы подшипников качения ISO 281: 2007 , остаются противоречивыми, по крайней мере, в США. [13] [14]

История [ править ]

Понятие предела выносливости было введено в 1870 году Августом Велером . [15] Тем не менее, недавние исследования показывают, что для металлических материалов не существует пределов выносливости, что, если выполняется достаточное количество циклов напряжения, даже самое маленькое напряжение в конечном итоге приведет к усталостному разрушению. [7] [16]

См. Также [ править ]

  • Усталость (материал)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Пиво, Фердинанд П .; Э. Рассел Джонстон-младший (1992). Механика материалов (2-е изд.). McGraw-Hill, Inc. стр. 51 . ISBN 978-0-07-837340-4.
  2. ^ a b «Усталость металлов и выносливость» . Архивировано из оригинала на 2012-04-15 . Проверено 18 апреля 2008 .
  3. ^ Jastrzębski, D. (1959). Природа и свойства инженерных материалов (изд. Wiley International). John Wiley & Sons, Inc.
  4. ^ Суреш, С. (2004). Усталость материалов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57046-6.
  5. ^ Стивенс, Ральф I. (2001). Усталость металлов в технике (2-е изд.). John Wiley & Sons, Inc. стр. 69 . ISBN 978-0-471-51059-8.
  6. ^ Будинас, Ричард Г. (1999). Расширенный анализ прочности и прикладного напряжения (2-е изд.). McGraw-Hill, Inc. стр.  532 -533. ISBN 978-0-07-008985-3.
  7. ^ a b Аскеланд, Дональд Р .; Прадип П. Фул (2003). Наука и инженерия материалов (4-е изд.). Брукс / Коул. п. 248. ISBN 978-0-534-95373-7.
  8. ^ Hibbeler, RC (2003). Механика материалов (5-е изд.). Pearson Education, Inc. стр. 110. ISBN 978-0-13-008181-0.
  9. ^ Даулинг, Норман Э. (1998). Механическое поведение материалов (2-е изд.). Printice-Hall, Inc. стр. 365. ISBN 978-0-13-905720-5.
  10. Перейти ↑ Barber, JR (2001). Промежуточная механика материалов . Макгроу-Хилл. п. 65. ISBN 978-0-07-232519-5.
  11. ^ Озеро, ГДж; ПБ Линдли (1965). «Предел механической выносливости резины». Журнал прикладной науки о полимерах . 9 (4): 1233–1251. DOI : 10.1002 / app.1965.070090405 .
  12. ^ Озеро, ГДж; А.Г. Томас (1967). «Прочность высокоэластичных материалов». Труды Лондонского королевского общества A: математические и физические науки . 300 (1460): 108–119. DOI : 10,1098 / rspa.1967.0160 . S2CID 138395281 . 
  13. ↑ Эрвин В. Зарецкий (август 2010 г.). «В поисках предела усталости: критика стандарта ISO 281: 2007» (PDF) . Трибология и смазочные технологии : 30–40. Архивировано из оригинального (PDF) 18 мая 2015 года.
  14. ^ "Стандарт срока службы подшипников ISO 281: 2007 - и ответ?" (PDF) . Трибология и смазочные технологии : 34–43. Июль 2010. Архивировано из оригинального (PDF) на 2013-10-24.
  15. ^ W. Schutz (1996). История усталости. Инженерная механика разрушения 54: 263-300. DOI
  16. ^ Bathias, C. (1999). «Металлические материалы не обладают бесконечной усталостной долговечностью». Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций . 22 (7): 559–565. DOI : 10,1046 / j.1460-2695.1999.00183.x .