Bir malzemenin başarısız olduğu en yüksek gerilim. Dayanıklılık sınırı nedir? Plastik deformasyon ve yeniden kristalleşme

Dayanma sınırı(veya) ile gösterilir, burada R endeksi döngü asimetri katsayısına karşılık gelir. Yani, örneğin simetrik bir döngü için, sıfır döngü için (at), sabit bir döngü için gösterilir.

Simetrik bir döngü için dayanıklılık sınırı yani diğer döngü türleriyle karşılaştırıldığında en küçüğüdür.

Örneğin, ; .

sınırlı dayanıklılık sınırı

Uzun süreli kullanıma yönelik olmayan parçaları hesaplamak için, malzemenin belirli bir döngü sayısında (N) dayanabileceği en yüksek gerilim değerinin belirlenmesi gerekli hale gelir; bu değerin değeri temel değerden () daha azdır. Bu durumda, yorulma eğrisine ve belirli bir döngü sayısına (N) bağlı olarak, karşılık gelen stres () olarak adlandırılır. sınırlı dayanıklılık sınırı.

Simetrik bir döngü için dayanıklılık sınır faktörleri

Statik yükleme koşullarında çalışan bir parçanın mukavemeti değerlendirilirken, parça malzemesinin mekanik özellikleri, deney sonucunda elde edilen numune malzemenin mekanik özellikleri ile tamamen özdeşleştirilir. Bu, parçanın ve numunenin şekli veya boyutundaki farkı veya diğer bazı farklılıkları hesaba katmaz.

Yorulma için bir parça hesaplanırken bahsedilen faktörlerin dikkate alınması gerekir. Simetrik bir çevrim sırasında dayanıklılık sınırını etkileyen en önemli faktörler arasında gerilim konsantrasyonu, parçanın kesitinin mutlak boyutları ve yüzeyinin pürüzlülüğü yer alır. Bu, bahsedilen tüm faktörlerin mikro çatlakların oluşmasına ve yayılmasına katkıda bulunmasıyla kolayca açıklanabilir.

Stres konsantrasyonunun etkisi

Olukların yakınında, deliklerin kenarlarında, çubuğun şeklinin değiştiği yerlerde, kesiklerde vb. Malzemelerin mukavemeti için geleneksel formüller kullanılarak hesaplanan nominal gerilimlerle karşılaştırıldığında gerilimlerde keskin bir artış vardır. Bu fenomene denir stres konsantrasyonu ve stresin önemli ölçüde artmasına neden olan neden stres yoğunlaştırıcı.

Artan gerilimlerin dağılım bölgesi tamamen yerel niteliktedir, bu nedenle bu gerilimlere genellikle yerel denir.

Zamanla değişen gerilmelerde, numune üzerinde stres arttırıcının varlığı dayanıklılık sınırının azalmasına neden olur. Bu durum, gerilim yoğunlaşma bölgesindeki gerilimdeki çok sayıda değişikliğin, bir çatlağın oluşmasına ve daha da gelişmesine ve ardından numunede yorulma hasarına yol açması gerçeğiyle açıklanmaktadır.

Malzemenin stres konsantrasyonuna duyarlılığı dikkate alınarak, stres konsantrasyonunun bir numunenin yorulma direncini azaltma üzerindeki etkisini değerlendirmek için kavram tanıtıldı. etkili katsayı stres konsantrasyonu olmayan standart bir numunenin dayanıklılık sınırının, stres konsantrasyonu olan bir numunenin dayanıklılık sınırına oranı olan konsantrasyon: (veya ).

Mutlak kesit boyutlarının etkisi

Numunelerin kesit boyutları arttıkça, dayanıklılık sınırında azalma. Bu etki, kesitin mutlak boyutlarının etki katsayısı ile dikkate alınır (daha önce bu katsayıya ölçek faktörü deniyordu). Söz konusu katsayı, d çapındaki pürüzsüz numunelerin dayanıklılık sınırının, çapı 7,5 mm olan pürüzsüz standart bir numunenin dayanıklılık sınırına oranına eşittir: (veya ).

Yüzey pürüzlülüğü

Mekanik restorasyon Parçanın yüzeyinin dayanıklılık sınırı üzerinde önemli bir etkisi vardır. Bunun nedeni, parçanın daha pürüzlü yüzey işleminin oluşmasıdır. ekstra koltuklar stres yoğunlaştırıcılar için ve dolayısıyla ortaya çıkmasına neden olur ek koşullar mikro çatlakların ortaya çıkması için.

Yorgunluk arızası olgusunu inceleyen ilk deneyler, aşağıdaki sonuçları çıkaran Alman bilim adamı ve mühendis A. Weller tarafından gerçekleştirildi.

• 1. Yapısal hasar a'dan daha az ve hatta daha az gerilmelerde meydana gelebilir. Yükleme çevrimlerinin sayısı yeterince büyükse.
• 2. İmha için gereken çevrim sayısı ne kadar küçükse, gerilim amax ve o kadar büyük olur.
• 3. Her zaman kontrol ve kontrol gibi kombinasyonları seçebilirsiniz. ah ah, parçanın belirli sayıda döngü boyunca çökmeden çalışacağı nokta.

Weller'in vardığı sonuçlar daha sonra deneysel olarak doğrulanan aşağıdaki hipotezlerle desteklendi.

• 4. Zamanla değişen gerilimler altındaki mukavemet, öncelikle gerilim yoğunlaştırıcıların varlığına, parçanın boyutlarına ve parçanın yüzey katmanlarının durumuna bağlıdır.
• 5. Zamanla değişen gerilimler altındaki mukavemet önemli ölçüde döngü sayısına bağlıdır, ancak zaman içindeki gerilim değişikliklerinin sıklığına çok az bağlıdır.
• 6. Mukavemet, döngünün şekline çok az bağlıdır ve esas olarak maksimum ve cr min değerlerine göre belirlenir.

Zamanla değişen gerilimler altında malzemelerin mukavemetinin niceliksel tahminleri, test sonuçlarına göre belirlenir. Çapı oldukça geniş bir aralıkta değişen, dikkatlice cilalanmış numuneler üzerinde deneyler yapılır. Testleri gerçekleştirmek için numuneye etki eden yükün uyarılma prensiplerine göre mekanik, elektromekanik ve hidrolik makinelere ayrılan özel makineler kullanılır.

Mevcut makineleri kullanarak numuneler test edilir farklı şekiller döngü. En yaygın test türü simetrik yükleme döngüsü altında yapılan testtir. (g = - 1). Böyle basit bir makinenin diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 16.1. Dairesel bir kesite sahip olan Y numunesi, belirli bir hızda dönen milin (2) tutacağına sabitlenmiştir. Numunenin ucuna, sabit değerde ve yönde bir kuvvetin numuneye iletildiği bir yatak takılır. F. Mile bir sayaç takılıdır 4, bir numunenin test edilmesinin başlangıcından imhasına kadar olan devir sayısını hesaplar.

GOST'a göre yorulma direnci özelliklerini elde etmek için en az 10 özdeş haddelenmiş numunenin ve 15 döküm numunesinin test edilmesi gerekir. İlk numune, A = (0,65-^0,75) a v'ye eşit bir gerilim genliğinde test edilir. Test sonuçlarına göre, numunenin imhasına karşılık gelen JV döngü sayısı belirlenir. Bundan sonra yeni bir numune daha düşük bir gerilim genliğinde test edilir ve imha için gereken döngü sayısı yeniden belirlenir. Tüm numuneler için benzer testler sırayla yapıldıktan sonra bir grafik oluşturulur. o bir = o bir (N)(Şekil 16.6). Ortaya çıkan diyagram denir yorulma mukavemeti diyagramı, veya Weller diyagramı.

Çok sayıda deney sonucunda, eğer koşullar altında oda sıcaklığı ve düzenli atmosferik basınç(korozyon hariç) düşük ve orta mukavemetli çelikten veya titanyum alaşımından yapılmış bir numune, LG B = 10 7 gerilim döngüsü sayısıyla arızalanmıyorsa, hiçbir zaman arızalanmayacağını varsayabiliriz. Yani hakkında

Pirinç. 16.6.

Şekil 2'de dağıtacağım. 16.6 eğriye karşılık gelir 1. Döngü sayısı N B isminde Temel test döngüsü sayısı.

Dayanma sınırı veya yorulma mukavemeti sınırı, isminde en yüksek değer Numunenin temel test döngüsü sayısına kırılmadan dayanabileceği maksimum döngü gerilimi.

Dayanıklılık sınırı a harfiyle gösterilir; burada endeks G testlerin hangi döngü türünde gerçekleştirildiğini gösterir. Simetrik bir döngü durumunda, döngü asimetri katsayısı G-1'e eşittir, dolayısıyla böyle bir döngü için a gösterimi kullanılır,

Yüksek mukavemetli çeliklerin ve demir dışı metallerin diyagramları kural olarak yatay bir kesite sahip değildir. Bu nedenle, maksimum gerilimlerin büyüklüğünü ne kadar azaltırsak azaltalım, numunenin tahrip olma süreci hala devam etmektedir. Düşük dayanımlı çeliklerden ve titanyum alaşımlarından yapılan numunelere ilişkin veriler, bunların yüksek sıcaklık veya yoğun korozyon koşulları altında test edilmesi durumunda benzerdir. Bu tür numunelerin diyagramı eğriye karşılık gelir 2 incirde. 16.6.

Diyagramda dayanıklılık sınırı doğru bir şekilde gösterilmediğinden, bunun belirlenmesi koşullu bir kriter kullanılarak yapılır. Koşullu dayanıklılık sınırı, bir numunenin önceden belirlenmiş sayıda döngü boyunca dayanabileceği maksimum gerilimin değeri olarak tanımlanır. Alaşımlı çelikler ve demir dışı metaller için N = 10 8 .

Bireysel yapıların çalışmasının benzersiz doğası, her zaman parçanın çalışma süresinin temel bir döngü sayısına göre sağlanmasını gerektirmez. Bazen bu gerekliliğin yasaklayıcı derecede katı olduğu ortaya çıkar ve tatmini, parçaya ilişkin diğer gerekliliklerle çelişir. Bu tür durumlar uzay teknolojisi ürünleri için tipiktir, uçak ve diğerleri Araç Her bir parçanın minimum ağırlığı, tasarımın amaçlanan amacına yönelik en iyi performansını belirlediğinde. Bu ve benzeri özel durumlarda, parça hesaplama konsepti devreye sokulur sınırlı yorulma mukavemeti (ve,) L, parçanın garantili çalışmasına karşılık gelir. N döngüler. Anlam N, genellikle temel döngü sayısından daha az N B. Sınırlı yorulma sınırının belirlenmesi normal yorulma mukavemeti eğrileri kullanılarak yapılabilir. Örneğin, eğer N= 10 5, o zaman eğriye uygun olarak 2 (a,) 10 5 = 540 MPa elde ederiz (bkz. Şekil 16.6).

Çok sayıda deneyin sonucunda, bir parçanın yorulma mukavemeti sınırının yaklaşık (kabaca) değerlendirilmesi için kriterler oluşturuldu.

Yani, örneğin çelikler için st, = (0,4-I),5)st" ve demir dışı metaller için st (= (0,25-^0,50)a").

Eğilme testlerine benzer şekilde, numuneler burulma açısından test edilir ve bu sırada teğetsel gerilimlerde döngüsel bir değişim meydana gelir. Bu durumda, formüllerdeki normal gerilimler st gösterimini malzemenin daha sonraki sunumunda kullanılacak olan teğetsel gerilmeler t gösterimiyle değiştirerek yukarıda tanıtılan tüm kavramları genelleştirmek mümkündür.

Sıradan çelikler için t_, = 0,6st ve yüksek mukavemetli çelikler için t_, = 0,8st olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir.

Daha önce belirtildiği gibi, yorulma mukavemetinin özellikleri numunedeki çatlakların başlatılması ve yayılması süreci ile ilişkilidir ve bu da spesifik numunenin özelliklerine ve ayrıca testin türüne ve koşullarına bağlıdır. Bu açıdan bakıldığında dayanıklılık sınırı, malzemenin saf formundaki bir özelliği değildir; bu, malzemenin elastik modülü veya Poisson oranı gibi diğer özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır. Bu nedenle, hesaplamalar yapılırken, standart numunenin parametrelerinden ve test koşullarından farklı olan belirli bir parçanın parametreleri ve yükleme koşulları dikkate alınmalıdır. Hesaplamanın güvenilirliği önemli ölçüde azaldığından, bükülme ve burulma sırasında elde edilen sonuçların diğer yükleme türlerine genellenmesi dengeli bir yaklaşım ve belirli bir deneyim gerektirir.

• August Weller (A. Wohler, 1819-1914) - Alman bilim adamı, tamirci ve mühendis, tasarımın bilimsel temellerine büyük katkı sağladı metal yapılar Döngüsel yükleme koşulları altında, Weller eğrisi adı verilen, döngüsel gerilim genlikleri ile arızadan önceki döngü sayısı arasındaki ilişkinin grafiksel bir temsilinin yazarı.
• GOST25.507-85. Makine mühendisliğinde hesaplamalar ve dayanım testleri. Operasyonel yükleme koşulları altında yorulma testi yöntemleri. Genel Gereksinimler.

Tekrarlanan değişken gerilimler altında mukavemet hesaplamaları, malzemenin mekanik özelliklerinin bilinmesini gerektirir. Bunlar, bir dizi standart, yüksek düzeyde cilalanmış numunenin yorulma direncinin özel makinelerde test edilmesiyle belirlenir. En basiti simetrik stres döngüsü altında yapılan bükme testidir.

Numuneleri farklı voltaj değerlerine ayarlayarak döngü sayısı belirlenir N onların yıkımının gerçekleştiği yer. Elde edilen verilere dayanarak bir eğri oluşturulur - N, isminde yorulma eğrisi. Bu eğri logaritmik koordinatlarda çizilirse düz bir çizgi şeklini alır (Şekil 6). Şekil 6'dan görülebileceği gibi, A düşük gerilimlerde numune çok sayıda yükleme döngüsüne kırılmadan dayanabilir.

Şekil 6

İlk kez 1857'den 1870'e kadar demiryolu vagon akslarının tam ölçekli testleri August Wöhler tarafından bükülme, burulma ve eksenel yükleme açısından gerçekleştirildi. Şekil 7'de gösterilen Wöhler dayanıklılık eğrisi, demir dışı metal alaşımlarından yapılmış parçalar için tipiktir. Dayanıklılık eğrisinin stabilitesi çok düşük stres seviyelerine kadar korunur. Bu nedenle koşullu dayanıklılık sınırı kavramı ve temel döngü sayısı tanıtıldı.

Şekil 7. Wöhler dayanıklılık eğrisi

Koşullu dayanıklılık sınırı veya sınırlı dayanıklılık sınırı, temel olarak alınan, belirli sayıda döngü gerçekleştirildiğinde tahribatın meydana gelmediği en yüksek maksimum gerilimdir - .

Logaritmik koordinatlarda denklem, dayanıklılık eğrisi göstergesiyle düz bir çizgiye karşılık gelir simetrik döngüye sahip düzgün örnekler için.

Yapısal ve alaşımlı çelikler için dayanıklılık sınırı, sol ve sağ dayanıklılık dallarının kesişme noktasında bulunur (Şekil 6, A). Öyle varsayılmıştı değişken voltaj Sınırlı dayanıklılık sınırının altında hiçbir etkisi yoktur. Bu nedenle dayanıklılığın sağ dalı x eksenine paraleldir. Bununla birlikte, GOST 21354-87'ye göre kontak dayanıklılığı, daha büyük voltajdan etkilenir. ve bükülme mukavemeti için stres daha fazladır . Sonuç olarak, sağ dal yatay değildir ancak bir miktar eğime sahiptir.

Genel olarak, yorgunluğu değişken modlu bir parçanın yüklenmesi ve boşaltılması sırasında histerezis nedeniyle oluşan kayıpların bir sonucu olarak düşünürsek, dayanıklılığın sağ dalının yatay olduğu varsayımı, yorulma olgusunun fiziksel özüyle çelişir. Aynı zamanda Taylor, Oravan ve Polanyi'nin dislokasyon kırılma teorisi ile de aynı fikirde değildir; bu teori, dislokasyonların hareketi ve iç gerilimlerin etkisi altında boşlukların birikmesi nedeniyle kristal kafesin ve yapının kademeli olarak bozulması sürecini doğrulamaktadır. ideal koşullar altında bile mikro çatlak kaynaklarının oluşumunda.

MSTU verilerine göre çatlak oluşumunun odak noktası olduğunu dikkate alırsak. N.E. Bauman'a göre yüzeyde mikro pürüzlülükler olabilir. R Z >1 µm veya iç saç uzunluğu ben>20 µm ise uzun süreli dayanıklılık, dayanıklılık sınırından daha az stresten etkilenir.

Genelleştirilmiş diyagramlardan en yaygın olanı Smith diyagramıdır (Şekil 6, B) Asimetri katsayısı için eğilme, çekme-basma ve burulma dayanım sınırlarının dikkate alındığı yer , çevrim özellikleri , tepe faktörü . Çeşitli malzeme ve yükleme türleri için Smith çizelgeleri sayesinde çevrim asimetri katsayısının herhangi bir değerinde yorulma hesaplamaları yapmak mümkündür.

Asimetri katsayısına sahip numuneler ve parçalar için Normal stres için dayanıklılık sınırları gösterilir ve ve simetrik bir döngü boyunca burulma olduğunda ve . Buna göre sıfırlanmış bir çevrim için; Ve ; .

GOST 25.504-82'ye göre tablo halinde deneysel verilerin yokluğunda aşağıdaki ilişkiler kabul edilir:

; ;

;

14 ısının 14 numunesinin çekme mukavemetinin matematiksel beklentisi nerede? Yani, karbon çeliği için:

; ; .

Tekrarlanan değişken gerilmeler altında dayanım hesaplamaları için malzemenin mekanik özellikleri gereklidir. Bunlar, bir dizi standart (çok parlak) numunenin özel makinelerde dayanıklılık testiyle belirlenir. En basiti simetrik gerilim döngüsü altında yapılan bükme testidir.

Numunelere farklı stres değerleri atanarak, bunların tahribatının meydana geldiği N çevrim sayısı belirlenir.

Pirinç. 3.4. Yorulma eğrisi

Elde edilen verilere dayanarak koordinatlarda bir eğri oluşturulur (Açılar --N, yorulma eğrisi denir (Şekil 3.4).

Testler, belirli bir voltajdan başlayarak eğrinin yatay bir asimtota doğru yöneldiğini göstermektedir. Bu, belirli bir voltajda veya numune sonsuz sayıda yükleme döngüsüne kırılmadan dayanabilir. Deneyimler, No = 10 7 çevrime dayanabilen bir çelik numunesinin sınırsız sayıda çevrime dayanabileceğini göstermektedir.

Döngü sayısı No'ya test tabanı denir. Test edildiğinde ii örnek sonra geçen HAYIR döngüde deney durdurulur. Sertleştirilmiş çelikler ve demir dışı metaller için N Ö=10 8 .

Karşılık gelen voltaj HAYIR, dayanıklılık sınırı olarak alınır.

Dayanıklılık sınırı denir Bir numunenin veya parçanın süresiz olarak uzun bir süre boyunca bozulmadan dayanabileceği en büyük stres, ve örnek için i ile gösterilir ve (veya r) d detaylar için.

Döngü asimetri katsayısı R= - 1 olan numuneler ve parçalar için, normal gerilimlerdeki dayanıklılık sınırı o – 1 ve (o - 1) D ile ve sıfır döngü için (R=0) o 0 ve (o) ile gösterilir. 0) D, sırasıyla

Tablolarda deneysel verilerin bulunmaması durumunda dayanıklılık sınırlarını belirlemek için ampirik ilişkiler kullanılır. Örneğin karbon çeliği için.