При многократности повторных нагрузок (млн. раз), может произойти разрушение металла при напряжениях меньших, чем ?b и даже ?e. Снижение прочности стали при непрерывном повторном нагружении называется усталостью.
Усталость – явление разрушения стали при многократно повторяющейся нагрузке. Способность материала сопротивляться усталостному разрушению, называется выносливостью. Напряжение, при котором происходит усталостное разрушение, называется вибрационной прочностью .
Усталостное разрушение происходит вследствие накопления числа дислокаций при каждом загружении и концентрации их около стыков зерен. Это приводит к разрыхлению металла в этом месте и образованию трещины. По мере развития трещины поперечное сечение ослабляется и, как следствие, наступает разрушение.
Период времени, в течение которого при многократном приложении нагрузки напряженное состояние элемента возвращается в свое исходное состояние, называется циклом нагрузки.
Различают:
- полный разнозначный симметричный цикл;
- полный однозначный асимметричный цикл;
- неполный симметричный цикл.
Циклы характеризуются коэффициентом асимметрии ? отношением минимальной величины напряжений к максимальной, . Коэффициенты асимметрии меняется от -1 до +1.
Вибрационная прочность зависит от вида вибрационного нагружения. Минимальное значение вибрационной прочности наблюдается при знакопеременной нагрузке с коэффициентом асимметрии (полный разнозначный симметричный цикл) (рис.1, а).
При полном однозначном ассиметричном цикле (рис.1, б) при и при однозначном цикле (рис.1, в) (статическая нагрузка) значение вибрационной прочности выше.
Вибрационная прочность зависит от вида силовых воздействий. При растягивающих силовых воздействиях вибрационная прочность ниже, чем при сжимающих. Кроме того сжимающие силовые воздействия сдерживают развитие трещин.
Вибрационная прочность зависит от числа циклов нагружения. С увеличением числа циклов вибрационная прочность уменьшается. При большом числе циклов кривая вибрационной прочности асимптотически приближается к некоторому пределу (рис.1 ), называемому пределом выносливости или пределом усталости. При количестве циклов 2х106 вибрационная прочность мало отличается от предела усталости.
За предел выносливости принимают вибрационную прочность при 2х106 циклах нагрузки.
? Вибрационная прочность зависит от прочности (марки) стали (рис. 1…).
При (полный симметричный цикл) вибрационная прочность малоуглеродистой стали равна . У низколегированной стали вибрационная прочность значительно ниже её предела текучести .
(полный ассиметричный цикл) и вибрационная прочность малоуглеродистой стали равна её пределу текучести . У низколегированных сталей при вибрационная прочность ниже предела текучести. И лишь при становится равной пределу текучести.
Из рис. 1… видно, что нецелесообразно использовать низколегированные и высокопрочные стали в конструкциях при знакопеременных и вибрационных нагрузках.
Вибрационная прочность также зависит:
- от наличия концентрации напряжений;
- от состояния поверхности образца;
- от наличия различного рода дефектов;
- от размеров и формы. Для элементов из одной и той же стали, но разной формы (в уголках, швеллерах и т.д.), вибрационная прочность ? различна.
Разрушение может происходить и при малых циклах нагружения от 103 до 105 (малоцикловая прочность). Такие разрушения имеют место в резервуарах и газгольдерах.
