WikiDer > Предел усталости

Fatigue limit
Репрезентативные кривые приложенного напряжения в зависимости от количества циклов для   сталь (с указанием предела выносливости) и   алюминий (без такого ограничения).

В предел усталости, также известный как предел выносливости или же предел выносливости, - это уровень напряжения, ниже которого к материалу может быть приложено бесконечное количество циклов нагружения, не вызывая усталость отказ.[1]

Железо сплавы и титан сплавы[2] имеют четкий предел. Прочие структурные металлы, Такие как алюминий и медь, не имеют четкого предела и со временем выйдут из строя даже при малых амплитудах напряжения. В этих случаях термин выносливость используется. Прочность на выносливость определяется как максимальное значение полностью обращенного напряжения изгиба, которое материал может выдержать в течение конечного числа циклов без усталостного разрушения.

Определения

В ASTM определяет предел выносливости, , как значение напряжения, при котором разрушение происходит после циклы и предел усталости, , как предельное значение напряжения, при котором происходит разрушение, 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 выносливости.[3]

Некоторые авторы используют предел выносливости, , для напряжения, ниже которого разрушение никогда не происходит, даже при неограниченно большом количестве циклов нагружения, как в случае стали; и предел усталости или же предел выносливости, для напряжения, при котором происходит разрушение после определенного количества циклов нагружения, например 500 миллионов, как в случае алюминия.[1][4][5] Другие авторы не делают различий между выражениями, даже если они проводят различие между двумя типами материалов.[6][7][8]

Типичные значения

Типовые значения предела () для сталей составляют 1/2 предела прочности на разрыв, максимум до 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 (т. Е. Старение или озоновая атака) полимер может работать неограниченно долго без роста трещин, когда нагрузки поддерживаются ниже собственной прочности.[9][10]

Концепция предела усталости и, следовательно, стандарты, основанные на пределе усталости, такие как ISO 281: 2007 подшипник качения прогноз продолжительности жизни остается спорным, по крайней мере, в США.[11][12]

История

Концепция чего-либо предел выносливости был введен в 1870 г. Август Вёлер.[13] Однако недавние исследования показывают, что для металлических материалов не существует пределов выносливости, что если выполняется достаточное количество циклов напряжений, даже самые маленькие напряжения в конечном итоге приводят к усталостному разрушению.[5][14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б 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. ^ а б «Усталость металла и выносливость». Архивировано из оригинал на 2012-04-15. Получено 2008-04-18.
  3. ^ Стивенс, Ральф I. (2001). Усталость металлов в технике (2-е изд.). John Wiley & Sons, Inc. стр.69. ISBN 978-0-471-51059-8.
  4. ^ 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.
  5. ^ а б Аскеланд, Дональд Р .; Прадип П. Фул (2003). Наука и инженерия материалов (4-е изд.). Брукс / Коул. п. 248. ISBN 978-0-534-95373-7.
  6. ^ Хиббелер, Р. К. (2003). Механика материалов (5-е изд.). Pearson Education, Inc. стр. 110. ISBN 978-0-13-008181-0.
  7. ^ Доулинг, Норман Э. (1998). Механическое поведение материалов (2-е изд.). Printice-Hall, Inc. стр. 365. ISBN 978-0-13-905720-5.
  8. ^ Барбер, Дж. Р. (2001). Промежуточная механика материалов. Макгроу-Хилл. п. 65. ISBN 978-0-07-232519-5.
  9. ^ Lake, G.J .; П. Б. Линдли (1965). «Предел механической выносливости резины». Журнал прикладной науки о полимерах. 9 (4): 1233–1251. Дои:10.1002 / app.1965.070090405.
  10. ^ Lake, G.J .; Томас А.Г. (1967). «Прочность высокоэластичных материалов». Труды Лондонского королевского общества A: математические и физические науки. 300 (1460): 108–119. Дои:10.1098 / rspa.1967.0160. S2CID 138395281.
  11. ^ Эрвин В. Зарецкий (август 2010 г.). «В поисках предела выносливости: критика стандарта ISO 281: 2007» (PDF). Трибология и смазочные технологии: 30–40. Архивировано из оригинал (PDF) на 18.05.2015.
  12. ^ «Стандарт срока службы подшипников ISO 281: 2007 - и ответ?» (PDF). Трибология и смазочные технологии: 34–43. Июль 2010 г. Архивировано с оригинал (PDF) 2013-10-24.
  13. ^ В. Шютц (1996). История усталости. Инженерная механика разрушения 54: 263-300. DOI
  14. ^ Батиас, К. (1999). «Металлические материалы не обладают бесконечной усталостной долговечностью». Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций. 22 (7): 559–565. Дои:10.1046 / j.1460-2695.1999.00183.x.