Усталостные характеристики конструкционных материалов отображают способность противостоять циклическим напряжениям, которые провоцируют зарождение трещин и сокращают срок эксплуатации. Последовательное развитие и разрастание трещин приводит к разрушению изделий и конструкций. Опасность их появления и распространения заключается в том, что во время использования под воздействием усилий, значения которых намного меньше пределов прочности, происходит необратимое повреждение машин, транспортных средств и сооружений.
Цель проведения усталостных испытаний заключается в получении количественной оценки рабочего ресурса материалов, эксплуатация которых сопряжена с постоянным воздействием циклических нагрузок. По результатам тестов составляют эксплуатационные руководства, выдают рекомендации о замене деталей и капитальном восстановлении работоспособности.
Специфика и разновидности циклических испытаний
Исследования механизма усталостного нагружения позволяют определить количество циклов, воздействие которых приводит к разрушению. Повреждения в материале накапливаются постепенно, но непрерывно. На начальном этапе на поверхности материала появляется визуально невидимая трещина.
Дальнейшее приложение циклических нагрузок способствует углублению повреждения в материале, увеличению её длины. Трещина переходит в стадию острого надреза, который продолжает увеличиваться. При уменьшении сечения до критической величины происходит хрупкое разрушение.
Методики тестирования конструкционных материалов на усталостную выносливость заключаются в имитации циклических воздействий, типичных для использования изделий или конструкций. Прилагаемые усилия различаются вариантами передачи нагрузки, характером изменения во времени. Характерным признаком циклических нагрузок является непрерывное изменение величины прилагаемых усилий или их знака.
Тестирование на усталостную выносливость проводят в нормальных условиях, а также с погружением образцов в различные среды, с формированием низко- или высокотемпературного фона.
Основные разновидности испытательных усталостных воздействий с классификацией по типу приложения нагрузок:
- Чистый изгиб. Наиболее распространённый способ циклического нагружения – чистый изгиб. Усилие многократно прикладывается в двух точках, значения нагрузок различаются по знаку. Величина изгибающего момента постоянна по всей длине образца.
- Круговой изгиб. Изгибающий момент при круговом изгибе прилагается в одной точке консольно закрепленного образца. Величина прилагаемого усилия неравномерно распределена по площади образца. Максимальное значение отмечается рядом с основанием фиксирующего пробу патрона.
- Растяжение-сжатие. Циклические исследования с приложением этого типа нагрузки имитируют многократно повторяющиеся линейные циклы растяжения с последующим сжатием. Тесты проводят на универсальных лабораторных установках, снабженных гидропульсатором, или на резонансных аппаратах с цилиндрической или плоской рессорой. Машины настраивают, ориентируясь на заданную амплитуду цикла.
- Периодические удары. Испытания воспроизводят ударные воздействия, которые в реальных эксплуатационных условиях генерируют машины и механизмы. Характерная особенность – повторение через определенный период нагрузок гармонического или импульсного типа.
На результаты исследований оказывает влияние наличие концентраторов – предварительно сделанных в образцах выточек, пропилов, надрезов. Искусственно созданные дефекты ускоряют разрушение образцов, сокращают продолжительность тестирования. При использовании концентраторов для определения пределов выносливости применяют специализированные коэффициенты.
Технические средства для проведения циклических испытаний
Определение пределов выносливости проводят с использованием следующих машин и вспомогательных атрибутов:
Компетентные сотрудники компании «ГОСТ», квалификация которых соответствует экспертному уровню, обстоятельно проконсультируют, ответят на вопросы, помогут выбрать машины и дополнительные устройства для испытаний.