Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [ 49 ] 50 51 52 53 54 55 56 57

обеспечивает постоянство изгибающего момента на всей рабочей длине образца.

На рис. 174 показана схема одной из машин подобного типа. Образец 8 вращается электродвигателем / через двухступенчатый шкив 2 и шкив 3 программного устройства. Нагрузка на образец подается рычагом с перемещающимся грузом iO и съемными грузами 14. Рычажная система с грузами подвешена к образцу на тягах 12. Грузовой рычаг устанавливается в рабочее положение маховиком 13. Биеике

» б

I Образец I

Образец

Ряс. 173. Схемы нагружения образцов прн усталостных испытаниях (ГОСТ 25-502-79):

а - чистый нзгиб при вращении; б - поперечный изгиб при вращении; в - чистый нзгнб в одной плоскости; г - поперечный изгиб в одной плоскости; д - повторио-переменное растяжение - сжатие; е - повторно-переменное кручение

(деформация) образца фиксируется на индикаторах 9. Количество циклов нагружения регистрирует счетчик 4, который соединен со шпинделем 7 через редуктор 5 и гибкий валик 6. Программное устройство позволяет изменять нагрузку в процессе испытания по заданной программе.

Помимо схемы чистого изгиба, часто применяют круговой изгиб консольно закрепленного образца (см. рис. 173,6). Его головка крепится в патроне, а на другой конец действует изгибающий момент. Максимального значения изгибающий момент достигает только в одном сечении - вблизи основания консоли, что является недостатком данной схемы нагружения.

В испытательных машинах, где осуществляется схема консольного изгиба, образец может вращаться или оставаться неподвижным.

к в}

а а. d а

£ =

2 « и

- 3 а S

в первом случае прикладывается изгибающий момент одного направления, а во втором точка приложения этого момента «вращается» относительно неподвижного образца.

Для испытаний в условиях циклического растяжения - сжатия (см, рис. 173, (?) используют гидропульсационные и резонансные машины. Первые представляют собой универсальные машины с гидравлическим приводом для статических испытаний, снабженные гидропульсатором. Это однопоршневой масляный насос, который присоединяется к рабочему цилиндру машины. Ход поршня насоса устанавливают в соответствии с заданной амплитудой напряжений цикла.

Резонансные машины для усталостных испытаний осуихествляют циклическое растяжение - сжатие с помощью независимой от образца вибрирующей системы. Она состоит из плоской или цилиндрической рессоры и массы силовозбужде-ния.

Некоторые из стандартных образцов, рекомендуемых для усталостных испытаний, показаны на рис. 175. Их рабочая часть имеет круглое или прямоугольное сечение. Диаметр цилиндрической части гладких образцов d обычно составляет 5-10 мм, а у образцов с

рис. 175. Форма и основные размеры рабочее части стандартных образцов для испытаний на усталость {а-в ~ различные типы образцов)

надрезом Z) = 10-20 мм при глубине надреза =0,25 D. Ширина рабочей части плоских образцов 6= 104-20 и толщина /г = 5-10 мм.

Характеристики выносливости сильно зависят от размеров образца, часто оии значительно выше у образцов с меньшим сечением. Поэтому для получения сравнимых данных следует проводить испытания на одинаковых образцах.

Результаты усталостных испытаний, как будет показано ннже, очень чувствительны к качеству и состоянию поверхностного слоя образца. Следовательно, для получения воспроизводимых результатов здесь особенно необходимо

соблюдение идентичности методики изготовления образцов. Качество их поверхности по ГОСТу должно соответствовать 9 - 10-му классу чистоты.

Первичным результатом усталостного испытания одного образца является число циклов до разрушения (долговечность) при заданных характеристиках цикла. По результатам испытаний серии образцов могут быть определены различные характеристики выносливости. Главной нз них является предел выносливости gr - наибольшее значение максимального напряжения цикла, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого или заданного числа циклов нагружения. Если испытания ведут при постоянном среднем напряжении цикла, оя определяется как наибольшее значение средней амплитуды напряжений цикла, при которых не происходит усталостного разрушения после неограниченного или заданного количества циклов.

Для того чтобы оценить предел выносливости, необходимо испытывать целую серию образцов, как правило, не •меньше 15. Каждый образец испытывают при определенном значении максимального напряжения цикла (или его амплитуды). При этом циклы для всех образцов одной се-

/V IgN

Рис. 176. Кривые усталости в различных координатах

рии ДОЛЖНЫ быть подобны, Т. е. иметь одинаковую форму и отношение различных характеристик цикла:

По результатам испытания отдельных образцов строят кривую усталости в координатах максимальное напряжение цикла Omai (или Оа) -долговечность N (рис. 176). Максимальное напряжение для первого образца обычно

задают на уровне 7з <Ув. Нижний предел используемых напряжений составляет 0,3 - 0,5 ов. Из-за относительно большого разброса экепериментальных точек строить эти кривые рекомендуется методом наименьших квадратов. Наиболее наглядны кривые усталости в логарифмических или полулогарифмических координатах (см. рис. 176,6).

По мере уменьшения максимального напряжения цикла долговечность всех материалов возрастает. При этом у сталей и некоторых цветных сплавов, склонных к динамическому деформационному старению, кривая усталости асимптотически приближается к прямой, параллельной оси абсцисс (см. рис, 176,а, кривая 7). Ордината,соответствующая постоянному значению сгтах, и есть предел выносливости таких материалов <уя - наибольшее напряжение, которое ие вызывает разрушения при любом числе циклов (так называемый физический предел выносливости). Наиболее просто определяется сгя при использовании логарифмического масштаба (см. рис. 176,6). Удобно оценивать а; и по кривым в координатах сгтах-(см. рис. 176,в). Здесь предел выносливости определяют, экстраполируя кривую в точку ее пересечения с осью ординат, где 1/Л = 0. Этот способ особенно целесообразен для приближенной оценки or по результатам испытания небольшого числа образцов.

Многие цветные металлы и сплавы не имеют горизонтального участка на кривых усталости (см. рис. 176, а, б, кривые 2), В этом случае определяют ограниченный предел выносливости -наибольшее напряжение Отах (или сгс), которое материал выдерживает, не разрушаясь в течение определенного числа циклов нагружения. Это число циклов называют базой испытания, обычно 10 циклов (когда на кривой усталости имеется горизонтальный участок, испытания продолжают не более чем до 10 циклов). Для сравнительных испытаний ГОСТ 25.502 - 79 рекомендует использовать базу испытаний 3-10 при определении физического и 10-10 -ограниченного предела выносливости.

Кривые усталости, построенные при использовании цикла с Ra= - 1, для многих металлических материалов хорошо описываются уравнением Вейбулла: amax = or-i + -\-а (МВ)~, где tr-i - предел выносливости; - долговечность; а, fi, а - коэффициенты.

Величина В во многих случаях лежит в пределах О - 10 циклов, и поэтому в стандартных испытаниях с большой базой ею можно пренебречь. Тогда amax=<y-i + cW~=*,

Выше уже отмечалось, что для усталостных испытаний характерен значительный разброс экспериментальных дан-

ных, поэтому осббеиио важна их правильная статистическая обработка. При ограниченном числе образцов предел выносливости определяется с 50 %-ной вероятностью. Для этого, строя кривую усталости, необходимо при напряжениях,,равных 0,95 - 1,05 <Уя» провести испытание нескольких (ие менее трех) образцов, половина которых должна остаться неразрушенной по достижении заданной базы испытаний.

Для оценки среднего значения предела выносливости и его среднего квадратичного отклонения строят кривые распределения предела выносливости. Для этого партию испытываемых образцов делят на шесть-семь групп. По результатам испытаний 8-15 образцов первой группы по обычной методике строят кривую усталости и оценивают Or при вероятности разрушения Р = 0,5. Образцы других групп испытывают с использованием разных уровней напряжений (обычно шести). Максимальный уровень, при котором все образцы должны разрушаться до базового числа циклов, принимают равным 1,3-1,5 от Од для Р=0,5, а остальное подбирают таким образом, чтобы до достижения базы испытания разрушилось примерно 90, 70 - 80, 50, 20 -30 и 10 % образцов.

По результатам этих испытаний для каждого образца определяют усталостную долговечность - число циклов нагружения, которое выдерживает материал перед разрушением при определенном напряжении. Усталостная долговечность- вторая по важности после Or характеристика выносливости металлических материалов.

Данные испытаний образцов при каждом уровне напряжений подвергают первичной статистической обработке, последовательно определяя /, Р, Mi и Ig Mi; i -порядковый номер данного образца в возрастающем ряду долговечности образцов этой группы (от 1 до п -общего числа образцов в группе); Р -накопленная частота, соответствующая вероятности разрушения Р={1 - 0,5) /п; Mi - долговеч ность 1-того образца.

По полученным данным строят графики функции распределения вероятности разрушения образцов. Для этогс рекомендуется использовать специальную «вероятностнук бумагу». На ией по оси абсцисс отложены десятичные ло гарифмы числа циклов, а по оси ординат - накопленньи частоты в предположении, что ряд значений дoлгoвeчнocт подчиняется закону нормального распределения. Масштаб вероятностной бумаги подбирают таким образом, что ecл этот закон действительно соблюдается, то зависимое