Itempimu_koncentracija_ir_jos_pavirsiaus_kokybes_ir_mastelio_itaka_statiniam_ir_cikliniam_stiprumui_konspekt

Be to čia atsiranda ir kita problema. Nuovargio riba σr , kuri naudojama skaičiavimuose Є nuo ciklo simetrijos. Išeitu kad kiekvienai medžiagai reikalinga daug nuovargio kreivių tai yra kiekvienai asimetrijai po kreive. Šitoks uždavinys būtu neįvykdomas, čia buvo rasta išeitis, pasirodo, kad pagal simetrinio ciklo nuovargio ribas σ1 ir medžiagos stiprumo ribas σu galima apskaičiuoti visas kitas asimetrinio nuovargio riba:

σr

σ1

σu σm

Pagal paveiksle parodytą diagramą galima lengvai apskaičiuoti įvairių asimetrijų nuovargio ribas. Čia reikalinga ordinačių ašyje atidėti ciklo amplitudinį įtempimą σm. Ši diagrama vadinama Guudmano diagrama.

Įtempimų koncentracija ir jos paviršiaus kokybės ir mastelio įtaka statiniam ir cikliniam stiprumui

Teoriniai ir eksperimentinei tyrimai parodė, kad deformuojamo kūno formos pakeitimo zonose (kiaurymės, griovelei, plyšiai ir t. t.) o tai pat kontakto zonose atsiranda padidinti įtempimai ir deformacijos. Be to čia dažnai nominalus linijinis įtempimų būvis virsta plokščiu arba erdviniu įtempimų būviu.

F

σn

d

σy

σn σz

σmax

b

F

Paveiksle parodyta įtempimų būvis, kuris susidaro kiaurymės aplinkoje tempiant plokštelę su kiauryme esant linijiniam nominaliam įtempimų būviui. Didžiausi įtempimai prie kiaurymės susidaro jėgos F kryptimi σmax =σσx ir jų dydis Є nuo plokštelės pločio ir kiaurymės ilgio. Begalinėje plokštelėje, kai d/b=0, dg=σmax / σn=3. Esant mažesniam b įtempimų koncentracijos koeficientas mažėja. Kai d/b=0,25, tada dσ=2,5. Kia d/b=0,7, tada dσ=2. Šis pavyzdys iliustruoja, kaip esant nominaliam linijiniam įtempimų būviui ko

oncentratoriaus aplinkoje susidaro erdvinis įtempimų būvis. Detalių ciklinį stiprumą beveik visada lemia įtempimų koncentracija. Todėl atliekant ciklinio stiprumo skaičiavimus būtina ją gerai įvertinti. Teorinius įtempimų koncentracijos koeficientą dσ galima nustatyti naudojant analitinius skaičiavimus, eksperimentinius ir skaitinius metodus (dažnai baigtinių elementų metodą). Esant statiniam apkrovimui, plastinėm medžiagom įtempimų koncentracija neturi įtakos. Čia tik koncentracijos zonoje atsiranda plastinės deformacijos, o visur kitur yra tamprus deformavimas ir detalė išlaiko tą pačia jėgą, kurią išlaikytu jos nominalus skerspjūvis be koncentracijos. Esant trapiai medžiagai įtempimų koncentracija turi būti įvertinamas statinio įtempimo metu, nes tokioje medžiagoje viršyta medžiagos stiprumo riba ir gali prasidėti trapus irimas. Išimtis yra špižius. Ji yra trapi medžiaga, tačiau įtempimų koncentracija jam įtakos neturi, nes jo struktūra yra geležies korys su špižiniu grrafitu, todėl jų yra ištisai nusėtas koncentratoriais. Nustatydami jo mechanines charakteristikas iš karto įvertiname ir įtempimų koncentraciją. Esant cikliniam apkrovimui įtempimų koncentracija turi didelę reikšmę tiek trapioms, tiek plastiškoms medžiagoms. Šiuo atveju detalės stiprumo ir ilgaamžiškumo įvertinimui dažniausiai naudojamos efektyvinis įtempimų koncentracijos koeficientas:
kr=σr/σ’r

σr – lygaus bandinio;

σ’r – bandinių su įtempimų koncentratoriumi nuovargio ribose esant vienodiems nominaliems įtempimams.

Bandymais nustatyta, kad kr ir Є priklauso nuo detalės geometrinės formos, t.y. teorinio įtempimų koncentracijos koeficientas ασ ir nuo detalės medžiagos. Išreiškiamas lygybėmis:
kr=1+q(ασ-1)

q – medžiagos jautrumo koeficientas įtempimų koncentracijos.

Bandymais nu
ustatyta, kad legiruotiems plienams q≈1. Konstrukciniams plienams
imamos didesnės q reikšmės, kai plienai yra stipresni. Didėjant ασ paprastai q mažėja. Skaičiuojant detalės nuovargi parastai pagrindiniai skaičiuojamieji įtempimai yra apkrovimo koeficientas σa ir σm. Jei detalė turi koncentratoriu tai šie įtempimai dauginami iš atitinkamų koncentracijos koeficientu:
σa∙k-1, σm∙k+m
Ciklinė įtempimų dedamoji σa dauginama iš simetrijos ciklo įtempimų koncentracijos koeficiento k-1, o statinė įtempimų dedamoji σm iš statinio apkrovimo įtempimo koncentracijos koeficiento k+1. k+1=1. Įvertinant anksčiau parodytą didelę įtempimų koncentracijos reikšmę detalės patvarumui, įtempimų koncentraciją projektuojant detale būtina sumažinti iki minimumo. Konstrukciškai būtinus detalės formos pasikeitimus reikalinga daryti mažiausių įtempimų zonose, skersmenų pasikeitimo vietose naudoti didelius užapvalinimo spindulius ir t.t.

Paviršiaus kokybė:
Kaip jau minėta įtempimų koncentracija turi labai didelę reikšmę cikliniam ilgaamžiškumui. Todėl mechaniškai apdoroto paviršiaus kokybė, jo glotnumas turi taip pat didelę reikšmę. Jei detalės pagamintos iš stiprių legiruotų plienų tai įvairių paviršių įbrėžimai likę po mechaninio apdorojimo gali labai greitai inicijuoti nuovargio plyšio susidarymą. Skaičiuojant ciklinį ilgaamžiškumą, paviršiaus šiurkštumo įtaka įvertinama paviršiaus kokybės koeficientas εp:
εp=σrp/σr

σrp – bandinių su tam tikru paviršiaus šiurkštumu nuovargio riba;

σr – bandinių apdirbtų pagal standartinę technologiją nuovargio riba.
Naudojant standartine apdirbimo technologija baigiamajam paviršiaus apdirbimui taikomas šlifavimas ir tada koeficientas εp=1

εP poliravimas
1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

šlifavimas

tekinimas

grubus tekinimas, frezavimas

neapdirbta po valcavimo

korozija gėlame vandenyje

korozija jūros vandenyje

300 700 1100 1500 σa,MPa

Skaičiuojant detalės paviršiaus šiurkštumo įtaka įv

vertinama σa ir σm dalinant iš koeficiento εp, t.y. naudojama:
σa/εp ir σm/εp
Tačiau plastiškom medžiagoms galima naudoti σm. Norint sumažinti paviršiaus kokybės įtaką cikliniam ilgaamžiškumui pageidautina paviršiaus koncentracijos zonose papildomai apdirbti naudojant poliravimą.
Mastelio efektas:
Bandymais nustatyta, kad didinant detalės matmenis mažėja nuovargio riba.

σmax

σmax

d1 d2

Mastelio įtaka nuovargio ribai yra aiškinama dvejopai. Žinant, kad nuovarginis suyrimas prasideda nuo struktūrinio arba paviršinio defekto ir yra atsitiktinis reiškinys. Akivaizdu, kad didesnės detalės didesnis tūris ir paviršiaus plotas suteiks didesnę tikimybę plyšio atsiradimui ir tuo sumažins nuovargio ribą. Tačiau eksperimentai nepilnai patvirtino šia hipotezę, nes didinant detalės ilgį mastelio efektas reiškiasi silpniau, o didinant skersmenį labiau. Dėl šios priežasties naudojamas ir kitas aiškinimas, turint dvi skirtingų diametrų detales ir apkrovus jas vienodais įtempimais, σmax įtempimų mažėjimas bus staigesnis mažesnio skersmens detalėje d1. Todėl vienu metu atsiradus plyšiui šių detalių paviršiai greičiau didės didesnio skersmens d2 detalėje, nes šiuo atveju jam plintant į detalės centrą įtempimai bus didesnis. Mastelio efektas įvertinamas panašiai kaip ir paviršiaus įtaka:
εm=σrm/σr

σrm – tam tikro mastelio ar matmenų bandinio nuovargio riba;

σr – standartinio bandinio, turinčio skersmenį d=8÷10mm, nuovargio riba.

Leave a Comment