|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Усталость материалов | Усталость материалов (далее У) изменение механических и физических свойств материала под длительным действием циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Изменение состояния материала при усталостном процессе отражается на его механических свойствах, макроструктуре, микроструктуре и субструктуре. Эти изменения протекают по стадиям и зависят от исходных свойств, вида напряженного состояния, истории нагружения и влияния среды. На определенной стадии начинаются необратимые явления снижения сопротивления материала разрушению, характеризуемые как усталостное повреждение. Сначала в структурных составляющих материала и по границам их сопряжения (зерна поликристаллического металла, волокна и матрица композитов, молекулярные цепи полимеров) образуются микротрещины, которые на дальнейших стадиях перерастают в макротрещины либо приводят к окончательному разрушению элемента конструкции или образца для механических испытаний.
Количественно усталостный процесс описывается зависимостью между накопленным повреждением и числом циклов или длительностью нагружения по параметру величины циклических напряжений или деформаций. Соответствующая зависимость между числом циклов и стадией повреждения (в т. ч. возникновением трещины или окончательным повреждением) называется кривой усталости. Эта кривая – основная характеристика У Накопление циклического повреждения отражает деформирование материала как макро- и микронеоднородной среды (для металлов – поликристаллический конгломерат, для полимеров – конгломерат молекулярных цепей, для композитов – регулярное строение из матрицы и волокон). Этот процесс в поле однородного напряженного состояния (например, простого растяжения-сжатия) описывается механической моделью, звенья которой воспроизводят неоднородную напряженность структурных составляющих материала; неоднородность характеризуется вероятностными распределениями величин микродеформаций и микронапряжений (включая остаточные). Циклическое нагружение таких неоднородных структур порождает в наиболее напряженных структурных звеньях необратимые деформации (упругопластические, вязкоупругие), накапливающиеся с нарастанием числа циклов и длительности пребывания под циклической нагрузкой. Их увеличение до критических значений, свойственных материалу и среде, в которой он находится, приводит к зарождению макротрещины как предельного состояния на первой стадии усталостного разрушения. Кинетика изменения состояния материала на этой стадии проявляется субмикроскопически в изменении плотности дислокаций и концентрации вакансий, микроскопически – в образовании линий скольжения, экструзий и интрузий на свободной поверхности остаточных микронапряжений; механически – в изменении твердости, параметров петли упруго-пластического гистерезиса, циклического модуля упругости, а также макрофизических свойств (электрического, и акустического сопротивления, плотности). На второй стадии усталостного разрушения накопление повреждения оценивается скоростью прорастания макротрещины и уменьшением сопротивления материала статическому (квазихрупкому или хрупкому) разрушению, определяемому изменением статической прочности, в том числе характеристиками вязкости разрушения как критическими значениями интенсивностей напряжений у края усталостной трещины.
Кривые усталости в области многоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов более 105), за которые "ответственны" повторные упругие деформации, наносятся в амплитудах (или максимальных напряжениях) цикла в логарифмических (lgs, lgN) или полулогарифмических (s, lgN) координатах (рис. 1). В зависимости от особенностей материала, гомологических температур и физико- активности среды кривые усталости могут иметь либо асимптотический характер (кривая 1), либо непрерывно снижающийся с выпуклостью, обращенной к началу координат (кривая 2). Величину амплитуд напряжений s-1, являющихся асимптотами кривых усталости 1-го типа, называется пределом выносливости материала, а величину амплитуд напряжений (s-1) , для которых разрушение достигается при числе циклов по кривым 2-го типа, – ограниченным (по числу циклов) пределом выносливости. Материалам более стабильных структур и для более низких температур свойственны кривые типа 1; материалам менее стабильных структур, для более высоких температур и активных сред – кривые типа 2.
Кривые усталости в области малоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов в 104 и менее), за которые "ответственны" повторные пластические деформации, наносятся в амплитудах этих деформаций в логарифмических координатах lg eap и lg (рис. 2).
Лит.: Конструкционные материалы, т. 3, М., 1965, с. 382–90; Форрест П., Усталость металлов, пер. с англ., М., 1968; Серенсен С. В., Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению, М., 1975.
С. В. Серенсен.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 25.12.2024 11:00:07
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
