Что такое цикл напряжений
Перейти к содержимому

Что такое цикл напряжений

  • автор:

1 Понятие о циклических напряжениях. Параметры и выды циклов напряжений

К динамическим нагрузкам, несмотря на отсутствие значительных инерционных сил, можно отнести периодические многократно повторяющиеся (циклические) нагрузки, действующие на элементы конструкции. Такого рода нагружения характерны для большинства машиностроительных конструкций, таких, как оси, валы, штоки, пружины, шатуны и т.д.

Прочность материалов при повторно-переменном нагружении во многом зависит от характера изменения напряжений во времени.

Периодическая нагрузка – переменная нагрузка с установившимся во времени характером изменения, значения которой повторяются через определенный промежуток (период) времени.

Цикл напряжений – совокупность всех значений переменных напряжений за время одного периода изменения нагрузки.

Обычно цикл напряжений характеризуется двумя основными параметрами цикла: и— максимальным и минимальным напряжениями цикла.

Среднее напряжение цикла .

Амплитудное напряжение цикла .

Коэффициент асимметрии цикла напряжений .

В зависимости от величины перечисленных характеристик циклы напряжений могут быть подразделены на следующие основные виды:

Симметричный цикл – максимальное и минимальное напряжения равны по абсолютной величине и противоположны по знаку ,R = -1.

Асимметричный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине , при этом асимметричный цикл может быть знакопеременным или знакопостоянным.

Знакопеременный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине и противоположны по знаку ,,.

Знакопостоянный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине и имеют одинаковый знак ,,.

Отнулевой (пульсирующий) цикл – максимальное или минимальное напряжения равны нулю или,или.

2 Явление усталости. Кривая усталости. Предел выносливости

Как показывает практика, нагрузки, циклически изменяющиеся во времени по величине или по величине и по знаку, могут привести к разрушению конструкции при напряжениях, существенно меньших, чем предел текучести (или предел прочности). Такое разрушение принято называть «усталостным». Материал как бы «устает» под действием многократных периодических нагрузок.

Усталостное разрушение – разрушение материала под действием повторно-переменных напряжений.

Усталость материала – постепенное накопление повреждений в материале под действием переменных напряжений, приводящих к образованию трещин в материале и разрушению.

Выносливость – способность материала сопротивляться усталостному разрушению.

Физические причины усталостного разрушения материалов достаточно сложны и еще не до конца изучены. Одной из основных причин усталостного разрушения принято считать образование и развитие трещин.

Механизм усталостного разрушения во многом связан с неоднородностью реальной структуры материалов (различие размеров, очертаний, ориентации соседних зерен металла; наличие различных включений – шлаков, примесей; дефекты кристаллической решетки, дефекты поверхности материала – царапины, коррозия и т. д.). В связи с указанной неоднородностью при переменных напряжениях на границах отдельных включений и вблизи микроскопических пустот и различных дефектов возникает концентрация напряжений, которая приводит к микропластическим деформациям сдвига некоторых зерен металла, при этом на поверхности зерен могут появляться полосы скольжения, и накоплению сдвигов, которое на некоторых материалах проявляется в виде микроскопических бугорков и впадинок – экструзий и интрузий. Затем происходит развитие сдвигов в микротрещины, их рост и слияние; на последнем этапе появляется одна или несколько макротрещин, которая достаточно интенсивно развивается (растет). Края трещины под действием переменной нагрузки притираются друг об друга, и поэтому зона роста трещины отличается гладкой (полированной) поверхностью. По мере роста трещины поперечное сечение детали все больше ослабляется, и, наконец, происходит внезапное хрупкое разрушение детали, при этом зона хрупкого долома имеет грубозернистую кристаллическую структуру, как при хрупком разрушении.

Кривая усталости (кривая Веллера) строится на основании результатов усталостных испытаний при симметричном цикле. Она показывает, что с увеличением числа цикла максимальное напряжение, при котором происходит разрушение материала, значительно уменьшается. При этом для многих материалов, например углеродистой стали, можно установить такое наибольшее напряжение цикла, при котором образец не разрушается после любого числа циклов (горизонтальный участок диаграммы), называемое пределом выносливости ().

Предел выносливости (усталости) – наибольшее (предельное) напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого числа циклов.

Так как испытания нельзя проводить бесконечно большое время, то число циклов ограничивают некоторым пределом, который называют базовым числом циклов. В этом случае, если образец выдерживает базовое число циклов (для черных металлов – N = 10 7 ), то считается, что напряжение в нем не выше предела выносливости.

Кривые усталости для цветных металлов не имеют горизонтальных участков, поэтому для них за базовое число циклов увеличивается до N = 10 8 и устанавливается предел ограниченной выносливости.

В реальных конструкциях подавляющее число деталей работает при ассиметричном нагружении.

Диаграмма предельных напряжений (диаграмма Смита) строится, как минимум, по трем режимам нагружения (по трем точкам), для каждого из которых определяют предел выносливости.

Первый режим (точка 1) – обычный симметричный цикл нагружения (,,,).

Второй режим (точка 2) – асимметричный цикл нагружения, как правило, отнулевой (,,,).

Третий режим (точка 3) – простое статическое растяжение (,).

Полученные точки соединяют плавной линией, ординаты точек которой соответствуют пределам выносливости материала при различных значениях коэффициента асимметрии цикла.

Луч, проходящий под углом через начало координат диаграммы предельных напряжений, характеризует циклы с одинаковым коэффициентом асимметрииR:

.

Диаграмма предельных амплитуд (диаграмма Хейга) строится в координатах: среднее напряжение цикла – амплитуда цикла (рисунок 7). При этом для ее построения необходимо провести усталостные испытания так же как минимум для трех режимов: 1 – симметричный цикл; 2 – отнулевой цикл; 3 – статическое растяжение.

Соединяя полученные точки плавной кривой, получают график, характеризующий зависимость между значениями предельных амплитуд и значениями предельных средних напряжений в цикле.

Кроме свойств материала, на усталостную прочность оказывают влияние следующие факторы: 1) наличие концентраторов напряжений; 2) масштабный фактор, то есть влияние абсолютных размеров детали (чем больше размеры детали, тем ниже усталостная прочность); 3) качество обработки поверхности (с уменьшением шероховатости поверхности детали растет усталостная прочность); 4) эксплуатационные факторы (температура, коррозия, частота нагружения, радиационное облучение и т.д.); 5) наличие поверхностного слоя, упрочненного различными технологическими методами.

цикл напряжений

Цикл напряжений — Совокупность последовательных значений напряжений за один период их изменения при регулярном нагружении Источник: СТО Газпром 2 3.5 252 2008: Методика продления срока безопасной эксплуатации магистральных газопроводов … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

цикл напряжений — Совокупность изменений за один полный период при установившемся режиме нагружения. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика

цикл напряжений — įtempių ciklas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. stress cycle vok. Spannungszyklus, m rus. цикл напряжений, m pranc. cycle de contraintes, m … Fizikos terminų žodynas

ЦИКЛ НАПРЯЖЕНИЙ — совокупность изменений напряжения за один полный период при установившемся режиме нагружения изделия или образца (при испытаниях на выносливость). Различают симметричные Ц. н., когда наибольшее и наименьшее напряжения равны по значению, но… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Цикл — совокупность процессов в системе периодически повторяющихся движений, при которых объект, подвергающийся изменению в определенной последовательности, вновь приходит в исходное положение. Источник: ГОСТ 2846 … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

цикл производства — [production cycle (lead)] совокупность процессов, обеспечивающих многократное повторное участие веществ в производстве («незамкнутый цикл») и его сосуществование с окружающей средой соответствие требованиям экологии (ПДК на выбросы). К этим… … Энциклопедический словарь по металлургии

Цикл — [cycle] совокупность взаимосвязанных процессов, работ, явлений, образующих законченный круг развития чего либо: Смотри также: термодинамический цикл цикл напряжений цикл производства … Энциклопедический словарь по металлургии

Цикл нагружения — совокупность последовательных значений напряжений за один период их изменения. Для фиксированной точки ВЗС подкрановой балки один цикл нагружения местным воздействием реализуется при проезде одного катка крана. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Цикл изменении напряжения — 28 . Цикл изменении напряжения изменение напряжения от исходного значения до конечного, равного исходному, при котором достигаются одно максимальное и одно минимальное значения напряжений. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

термодинамический цикл — [thermodynamic cycle] круговой процесс в термодинамической системе. Термодинамический цикл сочетание термодинамических процессов, в первую очередь изотермических, адиабатических, изобарических, изохорических. К термодинамическим отсят циклы:… … Энциклопедический словарь по металлургии

Понятие о циклических напряжениях. Параметры и виды циклов напряжений

Для успешного изучения материальной части техники войск РХБ защиты необходимы глубокие знания общетехнических дисциплин. Многие детали машин в процессе эксплуатации подвергаются циклическим напряжениям. Поэтому курсанты должны иметь представление о параметрах и видах циклов напряжений, явлении и пределе выносливости.

Поэтому материал данной лекции имеет большое значение. Цель данной лекции дать курсантам основные термины и определения, связанные с циклическими напряжениями, изучить вопрос расчета элементов конструкций на прочность при данном виде нагружения.

Понятие о циклических напряжениях. Параметры и виды циклов напряжений

К динамическим нагрузкам, несмотря на отсутствие значительных инерционных сил, можно отнести периодические многократно повторяющиеся (циклические) нагрузки, действующие на элементы конструкции. Такого рода нагружения характерны для большинства машиностроительных конструкций, таких, как оси, валы, штоки, пружины, шатуны и т.д.

Прочность материалов при повторно-переменном нагружении во многом зависит от характера изменения напряжений во времени.

Периодическая нагрузка – переменная нагрузка с установившимся во времени характером изменения, значения которой повторяются через определенный промежуток (период) времени.

Цикл напряжений – совокупность всех значений переменных напряжений за время одного периода изменения нагрузки.

Обычно цикл напряжений характеризуется двумя основными параметрами цикла: и — максимальным и минимальным напряжениями цикла.

Среднее напряжение цикла .

Амплитудное напряжение цикла .

Коэффициент асимметрии цикла напряжений .

В зависимости от величины перечисленных характеристик циклы напряжений могут быть подразделены на следующие основные виды:

Симметричный цикл – максимальное и минимальное напряжения равны по абсолютной величине и противоположны по знаку , R = -1.

Асимметричный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине , при этом асимметричный цикл может быть знакопеременным или знакопостоянным.

Знакопеременный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине и противоположны по знаку , , .

Знакопостоянный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине и имеют одинаковый знак , , .

Отнулевой (пульсирующий) цикл – максимальное или минимальное напряжения равны нулю или , или .

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Виды циклов напряжений

Функция f( х ) периодическая, если существует такое отличное от нуля число Т, что для любого х из области определения функции имеет место: f(x+T) = f(x). Такое наименьшее число Т называется периодом функции .

Для периода можно дать и такое определение.

Минимальной промежуток времени, в течение которого напряжение и его производная по времени принимают соответственно одинаковые значения, называется периодом Т,с.

Изменение напряжений за один период называется циклом напряжения.

Максимальное отличие функции, взятое по абсолютной величине, от его среднего значения называется амплитудой.

Виды циклов напряженийРис. 141. Синусоидальный закон изменения напряжений

Симметричный цикл это такой цикл, при котором максимальное и минимальное напряжения равны по абсолютной величине, но имеют разные знаки.

Асимметричный цикл это такой цикл, при котором максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине.

Знакопеременный цикл — это закон колебательного процесса, при котором максимальное и минимальное напряжения имеют разные знаки.

Если максимальное и минимальное напряжения имеют одинаковые знаки, то такой цикл называется знакопостоянный.

Пример знакопостоянного и ассиметричного цикла приведен на рисунке (рис.142).

Виды циклов напряжений(Рис. 142) Пример знакопостоянного ассиметричного цикла

Коэффициент асимметрии цикла определяется отношением

Виды циклов напряжений

для симметричного цикла R = —1; для постоянного растяжения R = +1; для постоянного сжатия R = +1; для пульсирующего цикла R = 0.

Виды циклов напряженийРис. 143. Приvеры циклов переменных напряжений: а) симметричный цикл; б) постоянная нагрузка; в) пульсирующий цикл; г) знакопостоянный цикл

Эта теория взята со страницы подробного решения задач по предмету «Сопротивление материалов»:

Дополнительные страницы которые вам будут полезны:

Помощь студентам в учёбе lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *