12.3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Характер изменения напряжений во времени отличается большим разнообразием. Часто конструкции испытывают действие нагрузок, случайным образом изменяющихся во времени, или, как говорят, представляющих собой случайный процесс. Такой нестационарный вид имеют нагрузки на самолет в процессе полета, нагрузки при действии волн на корпуса судов и т. п.

В то же время можно привести много примеров, когда напряжения в деталях машин и даже конструкций представляют собой периодическую функцию времени. Напряжения в детали могут изменяться по периодическому закону в некоторых случаях и при постоянной нагрузке. Например, напряжение изгиба в точке А поперечного сечения вала, нагруженного постоянной по величине и сохраняющей свое направление силой Р (рис. 12.5), за время одного поворота успевает из растягивающего превратиться в сжимающее и снова в растягивающее.

Рассмотрим сначала случай, когда напряжения в детали изменяются во времени периодически, не затрагивая пока вопросы усталостной прочности при нестационарном нагружений.

Однократная смена напряжений, т. е. совокупность последовательных значений напряжений за один период, называется циклом.

Если максимальное значение напряжений или и минимальное значение напряжений или численно равны между собой, но противоположны по знаку, то цикл изменения напряжения называется симметричным (рис. 12.6). Если же максимальные и минимальные напряжения не равны между собой, то цикл нэзьвается асимметричным (рис. 12.7).

Степень асимметрии цикла характеризуется коэффициентом асимметрии

Цикл, минимальное напряжение которого равно нулю, называется отнулевым (пульсирующим) (рис. 12.8).

Рис. 12.5

Рис. 12.6

Рис. 12.7

Рис. 12.8

Коэффициент асимметрии симметричного цикла а для отнулевого цикла В случае постоянных напряжений

Величина

называется амплитудой, а

- средним напряжением цикла.

Всякий асимметричный цикл можно представить как результат наложения симметричного цикла на постоянное среднее напряжение.

Опыт показывает, что разрушение материала при переменных напряжениях наступает не сразу, а после многократного изменения нагрузки, причем число циклов, при котором происходит разрушение, оказывается тем меньше, чем выше максимальное напряжение цикла.

Экспериментально установлено, что число циклов, при котором происходит разрушение, зависит не только от величины максимального (по абсолютному значению) напряжения, но и от амплитуды колебания напряжений чем больше при одном и том же ашах, тем меньше перемен нагрузки выдержит материал. Поэтому из всех циклов наиболее опасным является симметричный.

Экспериментальным путем также установлено, что для многих материалов существует такое значение максимального напряжения, зависящее от степени асимметрии цикла, при котором материал выдерживает еще неограниченное число перемен нагрузки (циклов).

Наибольшее по абсолютному значению напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостное разрушение, называется пределом выносливости.

Пределы выносливости обозначаются символами или с указанием в индексе значения коэффициента асимметрии цикла, для которого эти величины определялись. Так, представляют собой пределы выносливости при симметричном цикле, а — при отнулевом цикле.