Влияние концентраций напряжений, состояния поверхности и размеров детали на усталостную прочность

На величину предела усталости влияют многие факторы. Рассмотрим некоторые из них. Одним из основных факторов, оказывающих существенное влияние на усталостную прочность, является концентрация напряжений.

Основным показателем местных напряжений является коэффициент концентрации напряжений:

, (10.5)

где s_max - наибольшее местное напряжение;

s - номинальное напряжение.

Например, для полосы с отверстием (рис. 10.6) от действия продольной силы F в кольцевых сечениях, имеем:

s_max

Определенный по (10.5) коэффициент концентрации

напряжений не учитывает многих реальных свойств ма-териала (его неоднородность, пластичность и т. д.), в связи с чем вводится понятие эффективного коэффициента концентрации К_-₁.:

где – предел усталости при симметричном цикле на

гладких образцах;

Рис. 10.6 - предел усталости при симметричном цикле на образ-

цах с наличием концентрации напряжений.

Между К_T и К_-₁ существует следующая зависимость:

, (10.6)

где q - коэффициент чувствительности материала к местным напряжениям, (q » 1 - для высокопрочных сталей; q = 0,6 ¸ 0,8 - для конструкционных сталей).

При расчетах на усталостную прочность, особенности, связанные с качеством обработки поверхности детали, учитываются коэффициентом качества поверхности, получаемом при симметричных циклах нагружения:

, (10.7)

где s_-₁ - предел усталостной прочности, полученный на испытаниях образцов, имеющих стандартную обработку поверхности;

s_-_1n- предел выносливости рассматриваемой детали.

На рис. 10.7 приведены значения b в зависимости от качества обработки поверхности стального изделия и прочности материала s_BP .

Прямая 1 относится к шлифованным образцам, 2 - к образцам с полированной поверхностью, 3 - к образцам, имеющим поверхность, обработанную резцом, и, наконец, 4 - к образцам, поверхность которых обработана после проката.

Для учета масштабного фактора вво-

Рис. 10.7 дятся соответствующие коэффициенты:

. (10.8)

где s_-_1D, t_-_1D - предел усталостной прочности рассматриваемой детали на растяжение и сдвиг соответственно;

s_-₁,t_-₁ - предел усталостной прочности образца с диаметром d = = (8…12) ×10^{-3 м.}

Графики e_s, e_t изображены на рис. 10.8, где кривая 1 относится к углеродистой стали, 2 - к полированной стали, 3 - к полированной

Рис. 10.8 стали с наличием концентрации на-

пряжений, 4 – к сталям, имеющим высокую степень концентраций напряжений.