Испытания материала на усталость, кривая усталости (кривая Велера)

Кривая усталости (кривая Велера) – это график зависимости напряжений, при котором происходит разрушение материала при данном числе циклов нагружения, от числа этих циклов. Кривая усталости (кривая Велера), является результатом проведения испытания.

Наиболее распространены испытания на чистый изгиб при симметричном цикле, поскольку именно этот цикл напряжений является самым опасным для материала, а его проведение эксперимента проще, чем для других видов циклов.

Для проведения эксперимента изготавливают партию из 6 – 10 совершенно одинаковых образцов, имеющих в пределах рабочей части строго круговую цилиндрическую форму. Диаметр образцов обычно составляет от 5 до 10 мм.

Первый образец нагружают таким образом, чтобы возникающие в нем максимальные нормальные напряжения были заведомо ниже предела прочности материала (), но выше предела выносливости. Для последующих образцов максимальное напряжение уменьшают.

С помощью счетчика оборотов, имеющегося на испытательной машине, фиксируют число циклов нагружений, которое выдержит каждый образец до разрушения. По результатам испытаний строят график зависимости числа циклов (N), которое выдерживает образец без разрушения, от максимального напряжения (), создаваемого в образце (рис. 14.3).

Кривая называется кривой усталости или кривой Велера (по имени Велера, опубликовавшего в 1870 г. результаты своих испытаний материала на усталость).

Из рисунка 14.3 видно, что по мере уменьшения , число циклов (N) начинает очень быстро расти, поэтому кривая усталости имеет значительную протяженность вдоль оси абсцисс. Для многих материалов кривая усталости асимптотически приближается к некоторому значению максимального напряжения, начиная с которого образцы не проявляют никаких признаков разрушения. Поэтому при соответствующем числе циклов испытания можно прекратить.

Практика показывает, что образцы, выдержавшие без разрушения циклов, могут при данном нагружении проработать неограниченное время (например, ось железнодорожного вагона на пути от Москвы до Владивостока испытывает около циклов).

База испытаний на усталость () - предварительно задаваемая наибольшая продолжительность испытания материала на усталость.

Максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором до базы испытания не происходит усталостного разрушения, называется пределом выносливости.

Кривые усталости для цветных материалов не имеют асимптоты и их ординаты с ростом N падают до нуля. Для цветных материалов вводится понятие условного предела выносливости. За значение условного предела выносливости принимается наибольшее напряжение, при котором образец выдерживает не менее циклов.