Работа стали при повторных нагрузках. Усталостная и вибрационная прочность.

Если напряжения при повторных загружениях находятся: а) в упругой стадии - повторные загружения не отражаются на работе материала; б) в упруго-пластической стадии – область упругой работы увеличивается, пластичность падает (наклеп).

Усталостью металла называется разрушение его под действием многократно повторенной переменной нагрузки при значениях напряжений ниже временного сопротивления. Способность металла сопротивляться такому разрушению называется выносливостью, а напряжение при котором металл разрушается, – вибрационной или усталостной прочностью s_вб. При этом существенное значение имеет, ниже или выше предела текучести R_yn максимальные напряжения при повторяющихся нагрузках.

Возможны 2 случая: 1)при упругих деформациях (σ < Ry) разрушение наступает при циклах нагрузки в несколько сот тысяч или миллионов раз и называется многоцикловой усталостью. 2)при упругопластических деформациях (σ > Ry), из-за наличия остаточных деформаций разрушение происходит при меньшем числе циклов нагрузки, измеряемой единицами или сотнями (разрушение проволоки при многократных больших перегибах), и называется упругопластической малоцикловой усталостью.

Вибрационная прочность s_вб неодинакова для различных классов сталей. Прочность зависит от характера циклов нагрузки и их количества. Характер цикла определяется коэффициентом асимметрии, равным отношению наименьших по абсолютной величине напряжений к наибольшим .

Наибольшее напряжение, при котором материал в состоянии выдерживать практически неограниченно большое число циклов нагружения называется пределом выносливости или пределом усталости .(). При большом числе циклов загружения s_вб→ . Испытания для определения предела выносливости проводятся на базе числа циклов нагружения n=2*10⁶ раз.

Процесс усталостного разрушения проходит 3 стадии: циклическое нагружение до образования трещины; рост трещины; хрупкий излом.

При расчете металлоконструкций усталость металла учитывается снижением расчетного сопротивления стали, умножением на коэффициент - значение в нормах проектирования или определяется по формулам. При проектировании металлических конструкций, подверженных воздействию многократно действующих подвижных или вибрационных нагрузок (подкрановых балок, бункерных и разгрузочных эстакад) особое внимание следует уделять разработке конструктивных решений, вызывающих наименьшую концентрацию напряжений: плавные переходы в соединениях элементов, отсутствие резких изменений сечений, отверстий, вырезов и т. д.