Предел усталости

Типичные кривые приложенного напряжения в зависимости от количества циклов для стали (с указанием предела выносливости) и алюминия (без указателя).

предел выносливости, также известный как предел выносливости или Усталостная прочность - это уровень напряжения, ниже которого к материалу может применяться бесконечное количество циклов нагружения, не вызывая усталостного разрушения.

Черные сплавы и титан У сплавов есть четкий предел. Другие конструкционные металлы, такие как алюминий и медь, не имеют четких ограничений и в конечном итоге разрушатся даже при малых амплитудах напряжения. В этих случаях используется термин предел прочности . Прочность на выносливость определяется как максимальное значение полностью обращенного напряжения изгиба, которое материал может выдержать в течение конечного числа циклов без усталостного разрушения.

• 1 Определения
• 2 Типовые значения
• 3 История
• 4 См. Также
• 5 Ссылки

ASTM определяет усталостная прочность, $SN\; f\; \{\backslash \; displaystyle\; S\_\; \{N\_\; \{f\}\}\}$, как значение напряжения, при котором происходит разрушение после $N\; f\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{f\}\}$циклов и предел выносливости, $S\; f\; \{\backslash \; displaystyle\; S\_\; \{f\}\}$, как предельное значение напряжения, при котором происходит разрушение, как $N\; f\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{f\}\}$становится очень большим. ASTM не определяет предел выносливости, значение напряжения, ниже которого материал будет выдерживать много циклов нагрузки, но подразумевает, что он аналогичен пределу выносливости.

Некоторые авторы используют предел выносливости, $S\; e\; \{\backslash \; displaystyle\; S\_\; \{e\}\}$, для напряжения, ниже которого разрушение никогда не происходит, даже для неопределенно большого количества циклов нагружения, как в случае стали ; и предел усталости или усталостная прочность, $S\; f\; \{\backslash \; displaystyle\; S\_\; \{f\}\}$, для напряжения, при котором разрушение происходит после определенного количества циклов нагружения, например 500 миллионов, как в корпус из алюминия. Другие авторы не делают различий между выражениями, даже если они действительно различают два типа материалов.

Типичные значения предела ($S\; e\; \{\backslash \; displaystyle\; S\_\; \{\; e\}\}$) для сталей имеют 1/2 предела прочности на растяжение, максимум 290 МПа (42 тыс. фунтов на квадратный дюйм). Для сплавов железа, алюминия и меди $S\; e\; \{\backslash \; displaystyle\; S\_\; \{e\}\}$обычно в 0,4 раза превышает предел прочности на разрыв. Максимальные типичные значения для чугуна 170 МПа (24 фунтов на квадратный дюйм), алюминия 130 МПа (19 фунтов на квадратный дюйм) и меди 97 МПа (14 фунтов на квадратный дюйм). Обратите внимание, что эти значения относятся к гладким образцам без надрезов. Предел выносливости для образцов с надрезом (и, следовательно, для многих практических ситуаций проектирования) значительно ниже.

Для полимерных материалов было показано, что предел усталости отражает внутреннюю прочность ковалентных связей в полимерных цепях, которые должны быть разорваны, чтобы расширить трещину. До тех пор, пока другие термохимические процессы не разрывают полимерную цепь (т.е. старение или воздействие озона ), полимер может работать бесконечно без роста трещин, когда нагрузки поддерживаются ниже внутренней прочности.

Концепция предела усталости и, следовательно, стандарты, основанные на пределе усталости, такие как ISO 281: 2007 подшипник качения прогноз срока службы, остается спорным, по крайней мере, в США.

Понятие предела выносливости было введено в 1870 году Августом Вёлером. Однако недавние исследования показывают, что для металлических материалов не существует пределов выносливости, что если выполняется достаточное количество циклов напряжений, даже самые малые напряжения в конечном итоге приводят к усталостному разрушению.

• Усталость (материал)