16. Усталость материалов и элементов конструкций
Явление усталости.
Усталостные поломки составляют основной вид разрушения деталей машин и нередко приводят к тяжелым последствиям, так как возникают внезапно. Разрушение происходит без заметной пластической деформации, как правилоу в зоне концентрации напряжений. Источником усталостного разрушения является действие переменных (во времени) напряжений.
Рис. 4.26. Следы микропластической деформации при повторном нагружении (увеличение на электронном микроскопе)
Рис. 4.27. Усталостный излом лопатки: 1 — место зарождения трещины; 2 — зона развития трещины; 3 — вона окончательного излома
При повторном циклическом деформировании в неблагоприятно расположенных зернах материала происходит накопление микропластических деформаций. На рис. 4.26 при увеличении 500 видны следы остаточных сдвигов.
Процесс постепенного накопления микропластических деформаций приводит к образованию микротрещины, которая начинает расти при повторных приложениях нагрузки в результате концентрации напряжений у ее краев. Усталостное разрушение — разрушение в результате постепенного развития трещины при повторных нагружениях.
При усталостном разрушении на поверхности излома всегда обнаруживаются две зоны: зона зарождения и развития трещины и зона окончательного излома. Зона развития трещины (рис. 4.27) обычно имеет гладкую поверхность, так как микронеровности «стираются» при повторном сближении краев трещины. Излом происходит в результате ослабления сечения, когда статическая прочность оказывается недостаточной. Если статическая нагрузка невелика усталостная зона излома может составлять 50—70% общей поверхности излома.
Начало усталостного излома возникает в местах действия наибольших переменных напряжений, обычно на поверхности детали.
При высоком уровне переменных напряжений - может возникнуть несколько очагов развития усталостной трещины.
Усталостное разрушение часто начинается от забоин, рисок, в местах концентрации напряжений. Особое значение для усталостной прочности ймеют поверхностные слои элемента конструкции. Усталостное разрушение в отличие от статического имеет резко выраженный локальный характер.
