Предел выносливости материала является одной из важных прочностных характеристик, знание значения позволяет определить надёжность, прочность и эксплуатационные способности детали, изделия, металлической конструкции. В науке сопромат ему уделяется отдельный, особенный раздел.
Предел длительной прочности: что это такое и особенности его определения
Под пределом выносливости понимается такая характеристика материала, как способность выдерживать нагрузки, способные вызывать цикличные напряжения в материале. Также нередко можно услышать, что его называют пределом усталости.
Для того чтобы определить этот показатель, принято пользоваться проведением целого ряда испытаний на установление предельного, то есть самого большого, максимального напряжения из выполненной серии воздействий, при которой образец остается целым, не подвергшимся усталостному разрушению после перенесенного ряда циклических нагрузок.
В вычислительных формулах предел выносливости обозначается сочетанием ΣR (латинская sigma и коэффициент R, который условно принимается равным асимметрии цикла). Таким образом:
R = Σ min / Σ max.
По приведенной формуле видно, что это, по сути, математическое отношение минимального к максимально зафиксированному напряжению.
Σ в тех случаях, когда речь идёт о симметричных циклах нагрузки, обозначается индексом «-1», а если речь о пульсационных, то тогда она отмечается с индексом «0».
Важная особенность отмечается в закономерном изменении данного показателя в зависимости от вида материала, металла, сплава. Например:
- если мы посмотрим на поведение ферритных или титановых сплавов, то тогда сможем говорить об установлении максимального напряжения, при котором целостность образцов сохранится при произвольно большом количестве нагрузок (он не разрушится);
- если же взять для испытаний более мягкий металл, например, алюминиевый или медный образец, то они уже будут быстрее подвергаться усталостному разрушению под влиянием на них ряда малых нагрузок.
Кстати, тут уже появляется разновидность данного показателя – ограниченный предел выносливости, который в расчетах обозначают ΣNR.
N – это коэффициент, показывающий, сколько было задано циклов нагружения.
Проведение испытаний и определение предела выносливости материала
Для проведения испытаний необходимо провести цикл нагрузок и замеров, для которых берётся не менее 10 одинаковых образцов. Далее проводится серия нагружений: на растяжение, сжатие, кручение, изгиб. Сначала они проводятся на высоких напряжениях, при которых образец способен выдержать самое маленькое количество циклов. Через время величину напряжения уменьшают, делается это постепенно до пределов, при которых не проявляется склонность металлического образца к деформации и разрушению независимо от того, насколько продолжительным было воздействие.
Как показывает опыт, если без проблем выдержано 7 нагрузок, то деталь выдержит и больше, поэтому данное количество циклов называют базой испытаний, а полученное значение принимают за предельную выносливость материала.
