Первый образец закладывается в машину и нагружается так, чтобы получить определённую величину наибольшего нормального напряжения а; эту величину обычно берут равной 0,5-0,6 от предела прочности материала; затем машина пускается в ход, и образец вращается, испытывая переменные напряжения от -j- - тех пор, nQKa произойдёт излом. В этот момент специальное приспособление выключает мотор, машина останавливается, и счётчик оборотов показывает число циклов yv, необходимое для излома

образца при напряже-

20 Ю О

/ 2 J

k 5 6 7 Фиг. 615.

9 10 if fiQjQd

НИИ а.

Тем же порядком испытывают второй образец при напряжении о, меньшем о, третий - при напряжении о<а и т. д. Соответственно возрастает число циклов, необходимое для излома. Уменьшая для каждого нового образца рабочее напряжение, мы, наконец, для какого-то из них не получаем излома, даже при очень большом числе оборотов образца. Соответ-сть ощее напряжение будет очень близко к пределу выносливости.

Опыты показали, что если стальной образец не разрушился после 10*10 циклов, то он может выдержать практически неограниченное

число циклов (100 10 - 200 10). Поэтому при определении предела выносливости для того или иного сорта стали прекращают опыт, если образец испытал 10*10 циклов и не сломался. В ряде случаев при испытаниях ограничиваются и меньшим предельным числом циклов, однако, не меньше 5 10.

Для цветных металлов подобной зависимости нет, и чтобы обнаружить, действительно ли при заданном напряжении образец может выдержать очень большое число перемен знака, приходится давать до 200 10 и даже 500 10 циклов. В этом случае можно говорить об условном пределе выносливости, соответствующем отсутствию излома при определённом числе перемен знака напряжений, - при 10 lOS 30 10 и т. д.

Для нахождения числовой величины предела выносливости полученные результаты обрабатываются графически. На фиг. 615 и 616

дО 50 40 дО 20 10 О

Фиг. 616.

§ 237] ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА выносливосги 733

показаны два метода подобной обработки. На первой из них по оси ординат откладываются величины о, а , ... , а по оси абсцисс Niy N.2 и т. д. Ордината горизонтальной касательной к полученной кривой (асимптоты) и будет равна пределу выносливости о. На втором чертеже по оси абсцисс откладываются величины, равные

-др. в этом случае предел выносливости определяется как отрезок,

отсекаемый на оси ординат продолжением полученной кривой, так как начало координат соответствует N=co. В настоящее время более употребительным является второй метод.

Подобным же образом определяется предел выносливости для осевых усилий (растяжение и сжатие) и для кручения; для этой цели также применяются специальные испытательные машины (пульсаторы и др. ).

В настоящее время получено громадное количество экспериментальных результатов по определению предела выносливости различных материалов. Большая часть произведённых исследований относится к стали, как наиболее употребительному материалу в машиностроении. Результаты этих исследований показали, что предел выносливости стали всех сортов связан более или менее определённым соотношением лишь с величиной предела прочности при растяжении а. Для катаного и кованого материала предел выносливости при симметричном цикле в случае изгиба составляет от 0,40 до 0,60 ад; для литья это соотношение заключается в пределах от 0,40 до 0,46.

Таким образом, в запас прочности с достаточной для целей практики точностью можно принять для всех сортов стали

о = 0,4аз = ,аз.

Если подвергать образец стали осевым усилиям при симметричном цикле (попеременному растяжению и сжатию), то соответствующий предел выносливости о как показывают опыты, будет ниже, чем при изгибе; соотношение между этими пределами выносливости может быть принято равным, как показывают опыты, 0,7, т. е. oO = 0,7a!lj.

Это снижение объясняется тем, что при растяжении и сжатии всё сечение подвергается одинаковым напряжениям; при изгибе же наибольшие напряжения имеют место лишь в крайних волокнах; остальная часть материала работает слабее и, таким образом, несколько затрудняет образование трещин усталости; кроме того, на практике всегда имеет место некоторый эксцентриситет осевой нагрузки.

Наконец, при кручении для симметричного цикла предел выносливости по касательным напряжениям составляет в среднем 0,55 от

предела выносливости при изгибе. Таким образом, для стали при симметричном цикле

о!1, = 0,40аз,

о, = 0,7ои, =0,28аз, (37.1)

тк, = 0,55аи,= 0,22оз.

Эти данные и могут быть положены в основу расчётных формул при проверке прочности.

Для цветных металлов мы имеем менее устойчивое соотношение между пределом выносливости и пределом прочности; опыты дают

01!, = (0,24--0,50)03.

При пользовании приведёнными выше соотношениями (37.1) надо иметь в виду, что предел выносливости для данного материала является характеристикой, зависящей от очень большого числа факторов (§ 239); данные (37.1) относятся к опытам с образцами сравнительно малого диаметра (7-10 мм) с полированной поверхностью и отсутствием резких изменений формы поперечного сечения.

§ 238. Предел выносливости при несимметричном цикле.

Определение пределов выносливости при несимметричных циклах требует значительно более сложного оборудования, чем при экспериментах с симметричным циклом напряжений.

Применение простейших машин с изгибом вращающегося образца требует добавления специальной пружины, растягивающей или сжимающей образец; чаще приходится пользоваться ещё более сложными машинами, осуществляющими осевую нагрузку образца (растяжение, сжатие) при различных крайних значениях напряжений.

Однако в настоящее время мы имеем уже достаточное количество опытных данных, чтобы иметь возможность представить графически или аналитически зависимость предела выносливости металла от

характеристики цикла г, т. е. от соотношения

Ртах

Напомним принятые нами обозначения: р - предел прочности материала, р - предел текучести, р - предел выносливости при любом цикле напряжений с характеристикой г, pi - предел выносливости при симметричном цикле, ртах и рт\п - ворхняя и нижняя границы цикла, = --среднее напряжение цикла,

Ра = - 2 --амплитуда колебаний напряжения цикла, 2/?-

<фазмах цикла, г = ~ характеристика цикла.

Ртах