Міцність при динамічних і змінних навантаженнях

Реферат на тему:

Міцність при динамічних і змінних навантаженнях

За характером дії в часі напруження можуть бути постійними і змінними. При одноразовому навантаженні на елемент конструкції веде до деякого перерозподілу напружень в металі і не викликає його руйнування. При дії змінних напружень в окремих січеннях елементів з пониженою міцністю виникають мікроскопічні тріщини. Кристалічна будова металу в зоні тріщини руйнується, що приводить до росту тріщини у глибину тіла. В результаті розвитку тріщини січення послаблюються, що призводить до остаточного руйнування деталей. Явище зменшення міцності матеріалу при змінних навантаженнях за рахунок розвитку мікротріщин називається втомленістю матеріалу, а властивість матеріалу чинити опір руйнуванню від втомленності називається витривалістю. В часі напруження можуть змінюватися періодично і не періодично.

Зміну напружень в часі можна зобразити на графіку — по осі абсцис відкладається час, а по осі ординат значення нормальних (дотичних) напружень. Так, при рівномірному обертанні вала (), який знаходиться під дією постійного згинаючого навантаження F (рис.1), нормальні напруження на поверхні січення вала визначаються за формулою:

(1)

де у — віддаль від нейтральної осі ( y = r cosj = r coswt).

Рис. 1. Схема випробування на втомленість при змінних навантаженнях (а) та цикл напружень в часі (б)

Сукупність всіх значень змінних напружень за один період називають циклом напружень; час Т, на протязі якого проходить один цикл називають періодом, а число циклів за одну секунду — частотою циклу. Цикли можуть бути симетричні і асиметричні (рис.2.).

Рис. 2. Цикли втомлюючих випробувань

а) ;

б)

в) — додатнє значення;

г) — від’ємне значення.

Цикл нормальних напружень характеризують наступні параметри:

1) алгебраїчно найбільше напруження циклу, ;

2) алгебраїчно найменше напруження циклу, ;

середнє напруження циклу, ;

амплітуда циклу,;

коефіцієнт асиметрії циклу, ;

характеристика циклу, .

Середнє напруження циклу може бути як додатнім так і від’ємним. Амплітуда циклу завжди додатня. Максимальне та мінімальне напруження можна виразити через середнє напруження і амплітуду циклу:

, . (2.)

Цикли, в яких максимальне і мінімальне напруження дорівнює нулю, називають пульсаційними (рис. 2,в). Цикли з однаковим коефіцієнтом асиметрії називаються подібними. Властивість матеріалів чинити опір руйнуванню необмежено довго, при змінних напруженнях називається границею витривалості. Найбільше число циклів, при яких проводиться випробування, називають базою випробування N.

Для сталі границя витривалості визнається при N = 10⁷, а для кольорових металів — при N = 20×10⁷ — 50×10⁷.

По одержаних дослідних даних будують криву витривалості (рис.3), що є залежністю максимального напруження від кількості циклів навантаження N_i.

В значній мірі на величину границі витривалості впливають наступні фактори: концентрація напружень, розміри деталей, стан поверхні, характер технології обробки.

Рис. 3. Діаграма випробувань матеріалу на витривалість

В машині МУІ–6000 при обертанні зразка напруження міняються по симетричному циклу.

Навантаження Q визначають за формулою:

Q=, (3)

де F — сила, яка діє на зразок;

— найбільше напруження циклу;

d — діаметр зразка;

l — віддаль від опори до точки прикладання сили.

Втомлюючі властивості матеріалів в багатьох випадках залежать від розмірів зразків.

Використана література:

1. Афанасьев А.Н., Марьин В.А. Лабораторний практикум по сопротивлению материалов.- М.: Наука, 1973.- 287с.

2. Волков Г.С. й др. Лабораторные работы по сопротивлению материалов.- Кировоград: Ин-т-с.-х. машиностроения, 1972.-. 84с.

3. Золотаревский В.С. Механические испытания и свойства металлов.-М.: Металлургия, 1974.- 3О3с.

4. Касаткин Б.С. и др. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: Справ. пособие.- К.: Наукова думка, 1981.-584с.

5. Методы испытания и исследования неметалических материалов/ Под ред. Б.И.Паншина, Б.В. Перова, М.Я.Шарова.- М.: Машиностроение, 1973.- Т.З.- 284с.

6. Писаренко Г.С., Ружицкий Б.М. Сопротивление материалов: Лабораторный практикум.- К.: Вища школа, 1984.- 92с.

7. Рубашкин А.Г. Лабораторные работы по сопротивлению материалов.- М.: Высшая школа, 1971.- 240с.

8. Алаи С.И., Ежевская Р.А., Антоненко Е.И. Практикум по машиноведению.- М.: Просвещение, 1965.- 304с.

9. Барабан Н.П., Цурпал И.А. Некоторне вопросм методологическойнаправленности курса сопротивления иатериалов // Проблемы высшей школы.-1978.-№32.-с.83-87.

10. Савин Г.Н. Месное значение курса сопротиаления материалов в подготовке инженера.-К.:Вища школа. 1964.- 32с.

11. Цурпал И.А., Барабан Н.П., Швайко В.Н. Сопротивления материалов.Лабораторные работы.-2-е изд.-К.:Вища школа, 1988.-254с.

12. Кальба Е.М., Горбатюк Р.М., Козиброда Я.И., Павх И.И., Бабий Я.Б. Методические указания по исполнению лабораторных работ из курса "Сопротивление материалов".-Тернополь: Педагогический университет, 1998.-47с.

13. Кальба Е.М., Столярчук Р.В., Буковский П.В., Лен Югансон.

14. Методичні вказівки до виконання розрахунково графічних робіт з курсу опір матеріалів.- Тернопіль; Педагогічний інститут, 1992.-45с.

15. Тимощенко С.П. История науки о сопротивлении материалов.- М.: Изд-во науч.-.техн. Лит., 1957.- 536с.

16. Феодосьев В.Й. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1979.-559с.

17. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения.- М.: Наука, 1974.-640с.

18. Сопротивление материалов / Г.С.Писаренко, В.А.Агарев, А.Л.Квигка и др.- 5-е изд.- К.: Вища школа, 1986.- 775с.

19. Долинский Ф.В., Михайлов Ф.Н. Краткий курс сопротивления материалов.- М.: Высшая юкола, 1988.- 432с.

20. Цурпал И.А. Краткий курс сопротивления материалов.- К.: Вища школа.- 1989.- ЗІІс.