Сварные конструкции. Расчет и проектирование

ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИКЛА Г НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ

Предел выносливости зависит в значительной степени от характеристики цикла. Цикл — совокупность всех значений напряжений за время одного периода нагружения.

Отношение r=(Tmln/omJI называют коэффициентом ам­плитуды или характеристикой цикла, где ага1ж и omln — соответственно наибольшее и наименьшее напряжения цикла по абсолютной величине.

На рис. 5.2, а показана схема цикла симметричного нагружения |oraix| = lo^J, на рис. 5.2, г — от нулевого.

Пределы выносливости, определенные при симметричном цикле, обозначаются о_ц при отнулевом — а,; при про­извольном — аг. Наибольшее значение имеют пределы выносливости при испытаниях на изгиб, несколько мень­шее — при осевом нагружении и наименьшее — при кру­чении. Характер изменения напряжений по времени бы­вает различным: как синусоидальным (рис. 5.2, а. . .г), так и другой формы (рис. 5.2, д, е).

В целях изучения пределов выносливости в зависимости от характеристики циклов строится диаграмма вы­носливости. Наиболее часто пользуются построе­нием диаграммы выносливости испытуемых образцов по методу Смита, представленной в схематизированной форме
(рис. 5.3). Она дает возможность на основании экспери­ментального определения предела выносливости при сим­метричном цикле о_| элементарно по диаграмме найти пределы выносливости при любом цикле аг. Обоснование построения подобной диаграммы получено опытным путем.

По данным других исследований диаграмму прочности и усталости строят в форме параллельных прямых.

Обоснованием к этому служит положение, что для ряда материалов разрушение определяется главным образом диапазоном изменений напряжений o_i, в то время как постоянная составляющая (am>x—omin)/2 не имеет су­щественного влияния. Диаграмма может быть использо­вана до того, как а г достигает стт. По оси абсцисс отклады­ваются значения средних напряжений цикла аш= (от, х4- +CTmin)/2, по оси ординат — напряжения ат>х и omin. Под углом 45° к оси абсцисс проводится прямая. Ампли­туды аш=ат,%—ал1п откладываются симметрично отно­сительно этой прямой.

Прямые пересекаются в точке К, которая характери­зует цикл с бесконечно малой амплитудой. Условно при­нимают, что эта точка соответствует пределу прочности о„. Отрезок О А выражает значение предела выносливости при симметричном цикле. При этом о„=0.

В большинстве случаев пользуются участком диа­граммы с напряжениями, не превышающими предела теку­чести <гт. Из точки D с координатами от проводят гори­зонтальную прямую до пересечения о прямой А К в точке

N. Эту точку проецируют на прямую А'К в точке М. Ло­

маная линия ANDMA' выражает схематизированную диа­грамму усталости в пределах упругих деформаций. От­резок ВС выражает значение предела выносливости при пульсирующем цикле Сто! отрезок ОВ—аJ2.

Проведем из точки О прямую под произвольным уг­лом а к оси абсцисс, тогда

_____ Рпик 2____ 2

g a. (WH-Ooiln і і / Omln l+r‘ * ' ’

)

По этому отношению для заданного цикла г опреде­ляют tga. Точка Р определяет значение предела вынос­ливости при заданном цик­ле нагружения.

В машиностроении не­редко для определения пределов выносливости сварных соединений при цикле г поступают следую­щим образом. Эксперимен­тальным путем определя­ют предел выносливости о_і при цикле л=—1 стан­дартного образца. Опреде­ляют предел выносливости при том же цикле проек­тируемого сварного соеди­нения <r_f08. Находят от­ношение Ч=0-|/о-<ев - Пе­рестраивают диаграмму Смита в масштабе л, и по ней определяют предел вынос­ливости для любого цикла г, пользуясь формулой (5.2).

На рис. 5.4 показана полная диаграмма зависимости am*x и °шів от среднего напряжения ат в области растя­гивающих и сжимающих напряжений. С ростом средних сжимающих напряжений амплитуда разрушающих на­пряжений растет, пределом роста является предел теку­чести при сжатии о? ж.

Отношение предела выносливости и предела текуче­сти при испытании стандартных гладких образцов из
низкоуглеродистых сталей на изгиб в условиях симмет­ричного цикла равно о_/от«0,6. . .0,7. Для низколеги­рованных конструкционных статей отношение a_JaT мень­ше, чем для низкоуглеродистых.

Обычно при повышении температуры пределы вынос­ливости сталей понижаются. В агрессивных средах предел выносливости значительно уменьшается. Прочность де­талей конструкций при переменных нагрузках зависит от концентрации напряжений.