Для преобладающего большинства компонентов из конструкционных материалов циклическая прочность – один из ключевых механических параметров. Элементы, применяемые в авиа- и машиностроении, производстве промышленных станков, изготовлении приборов, работают под постоянным воздействием циклических напряжений и знакопеременных усилий. Современные модели ориентированы на жесткие режимы эксплуатации с характерным для них значительным увеличением скоростей и частот, с интенсификацией рабочих процессов.
Ужесточение режимов сопряжено с повышением требований к циклической прочности. Достоверную информацию о характеристике, отображающей максимальное напряжение и количество циклов, на протяжении которых изделие сопротивляется усталостному разрушению, получают на основании результатов механических испытаний.
Разновидности и специфика исследований циклической прочности
Важность определения циклической прочности обусловлена опасностью внезапного разрушения деталей в процессе эксплуатации. Под воздействием циклических усилий сначала появляются визуально неопределимые микроскопические повреждения – усталостные микротрещины. Накопление происходит постепенно, трещины углубляются и разрастаются.
Уменьшение сечения детали в зоне усталостной трещины до критической величины приводит к безвозвратному разрушению транспортного средства, механизма, строительной конструкции. Типичными примерами компонентов, работающих под циклическими воздействиями, являются зубчатые колеса и валы, которые передают крутящий момент в механизмах машин. Циклические нагрузки испытывают трансмиссии производственных линий, устройства взлетов и посадки авиалайнеров, рычаги шасси, различные пружины и рессоры.
Различают два основных вида усталостного разрушения: многоцикловую и малоцикловую усталость. Для первой свойственна деформация упругого типа, для второй – упругопластическое деформирование и зависимость от роста внутренней или внешней температуры.
К распространенным видам повторно-переменных нагрузок, которые прилагают с целью определения циклической прочности, относятся:
- Чистый изгиб. Для получения информации об усталостной выносливости в испытаниях на чистый изгиб используются преимущественно образцы в виде плоских пластин. Определение предела прочности при чистом циклическом изгибе производится на вращающемся экземпляре. Усилие прикладывается в двух точках, за счет чего показатели изгибающего момента равны по всей длине образца.
- Круговой изгиб. Исследования усталостной выносливости с имитацией кругового изгиба проводят на образцах с головками, предназначенными для фиксации в испытательных установках. Фиксация с одной стороны пробы производится в патроне, на другую сторону воздействует изгибающий момент. Значения силы воздействия неравномерны, максимальные показатели отмечаются в зоне основания крепежного устройства.
- Растяжение-сжатие. Для тестов на циклическое растяжение-сжатие изготавливают образцы круглого сечения, реже используют экземпляры с прямоугольным торцом. Исследования проводят с приложением повторно-периодических усилий, значения которых больше, чем при кручении и изгибе. Рабочая часть проб зачастую изготовлена в виде цилиндра, в середине которого проставлена метка – область излома по наименьшему сечению.
- Кручение. Тестируют небольшие по длине образцы со сферическим рабочим участком и цилиндрическими или многогранными частями для захвата. Экземпляры для кручения делают без концентраторов, так как локальные дефекты негативно влияют на достоверность результатов.
К пулу циклических испытаний относят также комбинированные варианты, предполагающие одновременное тестирование плоских и цилиндрических образцов, исследования устойчивости к поперечному изгибу при вращении, воздействие внешним давлением и гидростатическим напором.
На показатели циклической прочности оказывают влияние перегрузки (если исследуемая деталь подвергалась им перед тестами), состояние поверхности, структура, возможные коррозионные повреждения. Повышению предела выносливости способствуют остаточные напряжения, возникшие на поверхности после сжатия.
Технические средства для определения циклической прочности
Для проведения циклических испытаний применяют следующее оборудование:
Работающие в компании «ГОСТ» компетентные менеджеры, профессиональный уровень которых соответствует статусу экспертов, обстоятельно проконсультируют, помогут выбрать машины и сопутствующие атрибуты для лабораторных испытаний.