До розрахунку деталей машин на опір втоми

Abstract

UK: Мета роботи. Метою даної роботи було узагальнення довідкових та експериментальних даних та надання рекомендацій до проектування деталей машин на опір втомі в умовах асиметрії циклу. Методи дослідження. Для дослідження проблеми опору конструкційних матеріалів втомі в умовах асиметрії циклу була використана установка для випробування зразків при будь-яких коефіцієнтах асиметрії циклу, як при розтягуючих, так і при стискаючих середніх напруженнях. Установка була створена в НУ «Запорізька політехніка». На цій установці були проведенні випробування плоских, гладких зразків з поперечним перетином 5×20 мм, а також зразків перетином 5×24 мм, з концентратором у вигляді отвору діаметром 5мм із сталі 09Г2С відповідно до ДСТУ 8541. Дослідження гладких зразків проводилися при середніх напруженнях циклу 0, 100, 200, 300, -100, -150, -200 МПа до довговічності 5×106 циклів. Опрацьовані довідникові дані сталі з границею міцності σв=520 МПа для довговічності 2×106 циклів і ефективного коефіцієнта концентрації напружень після визначення граничних амплітуд та відповідних їм середніх напружень циклу при різних коефіцієнтах асиметрії циклу. Отримані результати. Дослідження роботи конструкційних матеріалів при циклічних навантаженнях з різною асиметрією циклів дозволяє досконаліше зрозуміти фізичні процеси втоми матеріалів деталей машин, а також виявити залежність ефективного коефіцієнта концентрації напружень не тільки від амплітуди, а також від величини середнього напруження циклу. Показано, що дія концентратора напружень залежить від величини середніх напружень циклу. Наукова новизна. Запропоновано формулу для отримання повної діаграми граничних амплітуд, яка враховує довговічність. Практична цінність. Робота може бути корисною конструкторам для більш ефективного використання службових властивостей конструкційних матеріалів, а також дослідникам з метою економії відшкодувань при випробуваннях на опір втомі. EN: Purpose. The aim of the work was to summarize the reference and experimental data and to provide recommendations for the design of machine parts for fatigue resistance under conditions of cycle asymmetry. Research methods. To study the problem of resistance of structural materials to fatigue under conditions of cycle asymmetry, an installation for testing samples at any coefficients of cycle asymmetry, both at tensile and compressive average stresses, created at the National University “Zaporizhzhya Polytechnic”. On this installation, tests were carried out on flat smooth specimens with a cross section of 5×20 mm and specimens with a cross section of 5×24 mm, with a form-hole concentrator with a diameter of 5 mm, made of 09Г2С steel in accordance with DSTU 8541. The smooth specimens were tested at average cycle stresses of 0, 100, 200, 300, -100, -150, -200 MPa up to a service life of 5×106 cycles. The reference data of steel with a tensile strength of σв=520 MPa for a service life of 2×106 cycles and the effective stress concentration factor were processed after determining the ultimate amplitudes and the corresponding average cycle stresses at different cycle asymmetry factors. Results. The obtained results of studying the work of structural materials under cyclic loads with different cycle asymmetries allow us to better understand the physical processes of fatigue materials of machine parts, as well as to reveal the dependence of the effective stress concentration factor not only on the amplitude, but also on the value of the average cycle stress. The work shows that the effect of the stress concentrator depends on the value of the average cycle stress. Scientific novelty. A formula for obtaining a complete diagram of ultimate amplitudes that takes into account durability is proposed. Practical value. The work can be useful for designers to more effectively use the service properties of structural materials, as well as for researchers to save reimbursements in fatigue resistance tests.