Утолочный предел

Предел усталости или предел выносливости - это уровень напряжения , ниже которого бесконечное количество циклов нагрузки может быть применено к материалу, не вызывая усталости . ^{[ 1 ]} Некоторые металлы, такие как сплавы на железах и титановые сплавы, имеют отчетливый предел, ^{[ 2 ]} В то время как другие, такие как алюминий и медь, не проходят и в конечном итоге не потерпят неудачу даже из небольших амплитуд стресса. Если материалы не имеют отчетливого предела, прочность на усталость или прочность на выносливость используется и определяется как максимальное значение полностью обратного изгибающего напряжения, которое материал может выдержать для указанного количества циклов без усталости . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Для полимерных материалов предел усталости также широко известен как внутренняя прочность . ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Определения

ASTM , определяет силу усталости $S_{N_{f}}$ , как «ценность стресса, при котором неудача происходит после $N_{f}$ циклы "и ограничение усталости , $S_{f}$ , как «ограничивающее значение напряжения, при котором происходит неудача как $N_{f}$ становится очень большим ». ASTM не определяет предел выносливости , значение напряжения, ниже которого материал выдержит много циклов нагрузки, ^{[ 1 ]} Но подразумевает, что это похоже на предел усталости. ^{[ 7 ]}

Некоторые авторы используют предел выносливости , $S_{e}$ , для напряжения, ниже которого сбой никогда не происходит, даже для неопределенного большого количества циклов нагрузки, как в случае стали ; и предел усталости или усталостная сила , $S_{f}$ , для напряжения, при котором неудача происходит после указанного количества циклов загрузки, таких как 500 миллионов, как в случае алюминия. ^{[ 1 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Другие авторы не различают выражения, даже если они различают два типа материалов. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Типичные значения

Типичные значения предела ( $S_{e}$ ) Для сталей находятся половина предельной прочности на растяжение, максимум до 290 МПа (42 кв.). Для железных, алюминиевых и медных сплавов, $S_{e}$ обычно в 0,4 раза превышает максимальную прочность на растяжение. Максимальные типичные значения для утюгов составляют 170 МПа (24 тыс. Кв.), Алюминиевые 130 МПа (19 кв.дю. ^{[ 2 ]} Обратите внимание, что эти значения предназначены для гладких «безумных» испытательных образцов. Предел выносливости для зарезанных образцов (и, следовательно, для многих практических проектных ситуаций) значительно ниже.

Для полимерных материалов было показано, что предел усталости отражает внутреннюю прочность ковалентных связей в полимерных цепях, которые необходимо разорвать, чтобы расширить трещину. До тех пор, пока другие термо -химические процессы не ломают полимерную цепь (то есть старение или атака озона ), полимер может работать на неопределенный срок без роста трещин, когда нагрузки сохраняются ниже внутренней прочности. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

Концепция ограничения усталости и, следовательно, стандарты, основанные на пределе усталости, такого как ISO 281: 2007, прогнозирование срока жизни, остается спорным, по крайней мере, в США. ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

Изменение факторов ограничения усталости

На предел усталости машинного компонента SE влияет ряд элементов, названных модифицирующими факторами. Некоторые из этих факторов перечислены ниже.

Поверхностный фактор

Коэффициент модификации поверхности, $k_{S}$ связан как с силой растяжения, $S_{ut}$ , из материала и поверхностной отделки компонента машины.

$k_{S}=aS_{ut}^{b}$

Где фактор A и показатель B, присутствующий в уравнении, связаны с отделкой поверхности.

Градиент фактор

Кроме того, принимая во внимание поверхность, также важно рассмотреть фактор градиента размера $k_{G}$ Полем Когда дело доходит до изгиба и нагрузки с крутой, коэффициент градиента также принимается во внимание.

Коэффициент нагрузки

Коэффициент модификации нагрузки может быть идентифицирован как.

$k_{L}=0.85$ для осевых

$k_{L}=1$ для изгиба

$k_{L}=0.59$ для чистого кручения

Температурный коэффициент

Температурный коэффициент рассчитывается как

$k_{T}={\frac {S_{o}}{S_{r}}}$

$S_{o}$ прочность на растяжение при рабочей температуре

$S_{r}$ прочность на растяжение при комнатной температуре

Коэффициент надежности

Мы можем рассчитать коэффициент надежности, используя уравнение

$k_{R}=1-0.08Z_{a}$

$z_{a}=0$ Для достоверности 50%

$z_{a}=1.288$ для 90% надежности

$z_{a}=1.645$ для 95% надежности

$z_{a}=2.326$ Для 99% надежности

История

Концепция предела выносливости была введена в 1870 году августом Вёлером . ^{[ 17 ]} Тем не менее, недавние исследования показывают, что ограничения на выносливость не существуют для металлических материалов, что если будет выполнено достаточно циклов стресса, даже самый маленький стресс в конечном итоге приведет к усталости. ^{[ 9 ]}^{[ 18 ]}

Смотрите также

Усталость (материал)
Смит усталостная диаграмма [ DE ] , диаграмма британского инженера -механика Джеймса Генри Смита [ DE ]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Пиво, Фердинанд П .; Э. Рассел Джонстон -младший (1992). Механика материалов (2 изд.). McGraw-Hill, Inc. с. 51 ISBN 978-0-07-837340-4 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Металлическая усталость и выносливость» . Архивировано из оригинала 2012-04-15 . Получено 2008-04-18 .
^ Джастразебски Д. (1959). Природа и свойства инженерных материалов (Wiley International Ed.). John Wiley & Sons, Inc.
^ Суреш С. (2004). Усталость материалов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57046-6 .
^ Робертсон, CG; Stocek, R.; Марс, WV (27 ноября 2020 г.). Порог усталости резины и его характеристика с использованием метода резки . Спрингер. С. 57–83. ISBN 978-3-030-68920-9 Полем Получено 24 июля 2024 года .
^ Bhowmick, AK (1988). «Пороговый перелом эластомеров». Полимерные обзоры . 28 (3–4): 339–370. doi : 10.1080/15583728808085379 .
^ Стивенс, Ральф И. (2001). Усталость металла в инженерии (2 -е изд.). John Wiley & Sons, Inc. с. 69 ISBN 978-0-471-51059-8 .
^ Будинас, Ричард Г. (1999). Расширенная сила и прикладное анализ стресса (2 -е изд.). McGraw-Hill, Inc. с. 532 –533. ISBN 978-0-07-008985-3 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Askeland, Donald R.; Pradeep P. Phule (2003). Наука и инженерия материалов (4 -е изд.). Брукс/Коул. п. 248. ISBN 978-0-534-95373-7 .
^ Hibbeler, RC (2003). Механика материалов (5 -е изд.). Pearson Education, Inc. с. 110. ISBN 978-0-13-008181-0 .
^ Доулинг, Норман Э. (1998). Механическое поведение материалов (2 -е изд.). Printice-Hall, Inc. с. 365. ISBN 978-0-13-905720-5 .
^ Барбер -младший (2001). Промежуточная механика материалов . МакГроу-Хилл. п. 65. ISBN 978-0-07-232519-5 .
^ Озеро, GJ; PB Lindley (1965). «МЕХАНИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ РУБАНА». Журнал прикладной полимерной науки . 9 (4): 1233–1251. doi : 10.1002/app.1965.070090405 .
^ Озеро, GJ; Ag Thomas (1967). «Прочность высокоэластичных материалов». Труды Королевского общества Лондона A: Математические и физические науки . 300 (1460): 108–119. Bibcode : 1967rspsa.300..108L . doi : 10.1098/rspa.1967.0160 . S2CID 138395281 .
^ Эрвин В. Зарецкий (август 2010 г.). «В поисках ограничения усталости: критика стандарта ISO 281: 2007» (PDF) . Трибология и технология смазки : 30–40. Архивировано из оригинала (PDF) 2015-05-18.
^ "ISO 281: 2007 Стандарт жизни - и ответ?" (PDF) . Трибология и смазочная технология : 34–43. Июль 2010. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-10-24.
^ W. Schutz (1996). История усталости. Инженерная механика переломов 54: 263-300. Дои
^ Bathyias, C. (1999). «В металлических материалах нет бесконечной усталостной жизни». Усталость и перелом инженерных материалов и конструкций . 22 (7): 559–565. doi : 10.1046/j.1460-2695.1999.00183.x .

[BandJ-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Пиво, Фердинанд П .; Э. Рассел Джонстон -младший (1992). Механика материалов (2 изд.). McGraw-Hill, Inc. с. 51 ISBN 978-0-07-837340-4 .

[MFandE-2] Jump up to: ^а ^{беременный} «Металлическая усталость и выносливость» . Архивировано из оригинала 2012-04-15 . Получено 2008-04-18 .

[3] Джастразебски Д. (1959). Природа и свойства инженерных материалов (Wiley International Ed.). John Wiley & Sons, Inc.

[suresh04-4] Суреш С. (2004). Усталость материалов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57046-6 .

[5] Робертсон, CG; Stocek, R.; Марс, WV (27 ноября 2020 г.). Порог усталости резины и его характеристика с использованием метода резки . Спрингер. С. 57–83. ISBN 978-3-030-68920-9 Полем Получено 24 июля 2024 года .

[6] Bhowmick, AK (1988). «Пороговый перелом эластомеров». Полимерные обзоры . 28 (3–4): 339–370. doi : 10.1080/15583728808085379 .

[Stephens-7] Стивенс, Ральф И. (2001). Усталость металла в инженерии (2 -е изд.). John Wiley & Sons, Inc. с. 69 ISBN 978-0-471-51059-8 .

[Bydynas-8] Будинас, Ричард Г. (1999). Расширенная сила и прикладное анализ стресса (2 -е изд.). McGraw-Hill, Inc. с. 532 –533. ISBN 978-0-07-008985-3 .

[Askeland-9] Jump up to: ^а ^{беременный} Askeland, Donald R.; Pradeep P. Phule (2003). Наука и инженерия материалов (4 -е изд.). Брукс/Коул. п. 248. ISBN 978-0-534-95373-7 .

[Hibbeler-10] Hibbeler, RC (2003). Механика материалов (5 -е изд.). Pearson Education, Inc. с. 110. ISBN 978-0-13-008181-0 .

[Dowling-11] Доулинг, Норман Э. (1998). Механическое поведение материалов (2 -е изд.). Printice-Hall, Inc. с. 365. ISBN 978-0-13-905720-5 .

[Barber-12] Барбер -младший (2001). Промежуточная механика материалов . МакГроу-Хилл. п. 65. ISBN 978-0-07-232519-5 .

[LakeLundley-13] Озеро, GJ; PB Lindley (1965). «МЕХАНИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ РУБАНА». Журнал прикладной полимерной науки . 9 (4): 1233–1251. doi : 10.1002/app.1965.070090405 .

[LakeThomas-14] Озеро, GJ; Ag Thomas (1967). «Прочность высокоэластичных материалов». Труды Королевского общества Лондона A: Математические и физические науки . 300 (1460): 108–119. Bibcode : 1967rspsa.300..108L . doi : 10.1098/rspa.1967.0160 . S2CID 138395281 .

[STLE,_Zaretsky-15] Эрвин В. Зарецкий (август 2010 г.). «В поисках ограничения усталости: критика стандарта ISO 281: 2007» (PDF) . Трибология и технология смазки : 30–40. Архивировано из оригинала (PDF) 2015-05-18.

[STLE,_ISO281-16] "ISO 281: 2007 Стандарт жизни - и ответ?" (PDF) . Трибология и смазочная технология : 34–43. Июль 2010. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-10-24.

[schutz-17] W. Schutz (1996). История усталости. Инженерная механика переломов 54: 263-300. Дои

[Bathias-18] Bathyias, C. (1999). «В металлических материалах нет бесконечной усталостной жизни». Усталость и перелом инженерных материалов и конструкций . 22 (7): 559–565. doi : 10.1046/j.1460-2695.1999.00183.x .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]