Действие циклических нагрузок.
Причина преобладающего большинства необратимых повреждений деталей и конструкций – результат действия циклических нагрузок. Разрушения происходят из-за усталости материала, первая стадия которого не определяется визуально. От повторно-переменных воздействий сначала появляются микроскопические нарушения структуры, не видимые без оптики трещины. Затем дефекты разрастаются, объединяются и полностью разрывают структурные связи. Причем при приложении циклических нагрузок даже пластичные материалы повреждаются внезапно, "по хрупкому принципу".
Для того чтобы рассчитать ресурс изделия, предусмотреть своевременную замену детали или ремонт конструкции, необходимо знать точные значения циклов переменных усилий. Характеристики определяют опытным путем. Образцы продукции подвергают испытаниям на инновационном лабораторном оборудовании.
Разновидности и характеристики циклов.
Многие детали оборудования, строительные конструкции, узлы транспортных средств работают под действием переменных напряжений. Возникающие в них усилия периодически меняют значение. Изменения могут проявляться одновременно и в значении, и в величине приложенной силы. Характерными примерами являются зубья приводных колес, валы механизмов, на которые кроме стандартных усилий воздействует изгибающий момент, самолеты, здания, железнодорожные вагоны, которые воспринимают комплекс нагрузок в сочетании с атмосферными явлениями.
К основным причинам переменных нагрузок относят внешние динамические воздействия периодического характера: действие ветровой нагрузки, смена силы натяжения конвейерной ленты, ремня в механизме передачи крутящего момента. Однако переменные напряжения могут быть связаны и с постоянным нагружением. К примеру, зубья шестерен поочередно входят в зону зацепления и выходят из нее, а приводящий их в движение вал, вращаясь с равнозначной скоростью, передает статическое усилие.
Возникающая напряженность называется циклом напряжений, представляет собой совокупность последовательно чередующихся значений силы. Под действием регулярной нагрузки в ограниченный отрезок времени к детали, конструкции, изделию прилагается и максимальное, и минимальное усилие. Чередование происходит в определенном временном периоде, циклически повторяется.
По типу прилагаемого напряжения циклы подразделяются на 3 группы:
Циклы напряжений исследуют, чтобы определить предел выносливости – максимальное значение циклически повторяющегося динамического усилия, которому изделие, деталь, конструкция может сопротивляться неограниченное число раз. Параметр предоставляет возможность рекомендовать оптимальные условия для эксплуатации. Противоположная величина – предел усталости. При его достижении образец разрушается от повторно-переменных нагрузок. Нередко для необратимого повреждения достаточно приложения динамического усилия небольшой величины.
Для определения предела выносливости и предельного значения усталости в испытательных машинах моделируют условия с различающимися по величине напряжениями. В ходе испытаний замеряют количество циклов до разрушения. Полученную в ходе опытов информацию графически отображают в виде кривой выносливости и кривой усталости – кривых Вёлера.
Машины и приспособления для изучения циклов переменных напряжений.
В испытаниях на выносливость при приложении переменных усилий применяются:
- Машина для усталостных испытаний. Прогрессивная установка применяется для имитации сжимающих-растягивающих, перекручивающих, изгибающих усилий. Оборудование предоставляет возможность моделировать симметричные и асимметричные циклы напряжений при приложении много- и малоцикловых усилий. Аппарат снабжен инновационной системой, которая фиксирует и мгновенно транслирует сведения о деформационных изменениях на протяжении лабораторного процесса. Для удобства считывания показаний и оценки результатов испытаний к машине подключают запатентованный прибор БСПД – блок сбора, систематизации, передачи информации в ПК оператора.
- Система температурных исследований. Оборудование с герметичной камерой и терморегулятором, позволяющим настроить температурный режим с высокой точностью, требуется, если в нормативной документации изделия или конструкции указана эксплуатация в нестандартной климатической обстановке.
- Измерительные инструменты. Линейки с четкой высокоточной градуировкой и штангенциркули применяются в изготовлении образцов.
Подобрать оборудование, необходимое для изучения влияния циклов переменных напряжений на сроки службы изделий, помогут консультанты из компании "ГОСТ".