1.Definicja naprężenia i jego rozkładu na naprężenie normalne i styczne (rys.), jednostki

Naprężenie to miara gęstości powierzchniowej sił wewnętrznych występujących w ośrodku ciągłym. Jest podstawową wielkością mechaniki ośrodków ciągłych. Jednostką naprężenia jest paskal. Naprężenie w dowolnym punkcie zależy od kierunku, w którym jest rozpatrywane. Mimo iż pole powierzchni przekroju A dąży do zera, czyli przekrój dąży do punktu, istotne jest, jaki kierunek miała normalna do powierzchni przekroju.

Naprężeniem normalnym nazywamy stosunek wartości siły normalnej N do pola przekroju S

Naprężeniem stycznym nazywamy stosunek wartości siły stycznej T do pola przekroju S

2.Definicja odkształcenia liniowego i kątowego

Odkształcenie liniowe w dowolnym punkcie ciała jest granicą ilorazu różnicy odległości do odległości wyjściowej, gdy odległość wyjściowa zmierza do 0.

Liniowe: $\varepsilon = \operatorname{}\frac{l}{l0}$

Odkształcenie kątowe jest granicą ilorazu różnicy kąta pomiędzy dwoma dowolnie wybranymi odcinkami w ciele nieobciążonym i obciążonym, gdy długości tych odcinków zmierzają do 0.

Kątowe: γ = (kat CDE − kat C^′D^′E^′)

3. Co to jest naprężenia dopuszczalne i jak je obliczamy.

Naprężenia, które mogą występować w materiale bez obawy naruszenia warunku wytrzymałości i warunku sztywności, nazywamy naprężeniami dopuszczalnymi. K_r = $\frac{\sigma_{\text{niebezpieczne}}}{x}$ σ- naprężenie niebezpieczne; x- współczynnik bezpieczeństwa
Liczbę n oznaczającą, ile razy naprężenie dopuszczalne jest mniejsze od granicy wytrzymałości (dla materiałów kruchych) lub od granicy plastyczności (dla materiałów plastycznych), nazywa się współczynnikiem bezpieczeństwa.
w przypadku rozciągania materiałów kruchych
                 
Dla materiałów plastycznych
                 
gdzie: R_m - granica wytrzymałości na rozciąganie, otrzymana w wyniku prób wytrzymałościowych, R_e - granica plastyczności.

4. Co nazywamy zmęczeniem materiału?

Zmęczeniem materiału określamy zjawisko, którego wynikiem jest obniżenie nośności konstrukcji spowodowane działaniem obciążeń zmiennych.

5. Scharakteryzować przebieg zmęczenia materiału (fazy zmęczenia, krótki ich opis).

W początkowej fazie zmęczeniowego niszczenia materiału pojawiają się mikropęknięcia na granicach pojedynczych ziaren materii. Miejsca te, zwane ogniskami, pojawiają się najczęściej w obszarze występowania koncentracji naprężeń (efekt karbu), rys, lokalnych defektów sieci krystalicznej itp. Wraz ze wzrostem liczby cykli następuje dalszy wzrost uszkodzeń wewnętrznych i rozszerzanie się strefy pęknięć.

6. Jakie strefy można wyszczególnić w złomie zmęczeniowym (krótki ich opis)?

- zniszczenia zmęczeniowego o wygładzonej, często lśniącej powierzchni;

- zniszczenia statycznego o powierzchni ziarnistej, odpowiadającej nagłemu ostatecznemu zniszczeniu elementu konstrukcyjnego;

7. Jaki typ obciążenia zakłada się w badaniach zmęczeniowych – zależność obciążenia w funkcji czasu t, wykres z zaznaczeniem charakterystycznych wielkości?

W badaniach materiałów zmęczeniowych zakłada się obciążenia harmoniczne. Skutkiem działania takich obciążeń są cykliczne naprężenia styczne lub normalne, zmieniające się w czasie t zgodnie z funkcja:

σ = σ_m +σ_a sinωt

gdzie:

σ_m – naprężenie średnie cyklu,

σ_a – amplituda naprężenia,

ω – częstość kołowa zmian obciążenia.

Ekstremalne wartości naprężeń wynoszą:

σ_min = σ_m - σ_a oraz σ_max = σ_m + σ_a

8. Jakiego rodzaju naprężenia powstają przy czystym zginaniu?

Przy czystym zginaniu powstaje układ naprężeń normalnych, które w jednej strefie przekroju poprzecznego belki są rozciągające σ₂, a w drugiej ściskające σ₁.

9. Podać parametry charakteryzujące cykl zmian naprężeń w badaniach zmęczeniowych.

- współczynnik stałości obciążenia: H = $\frac{\sigma_{m}}{\sigma_{s}}$

- współczynnik asymetrii cyklu: R = $\frac{\sigma_{\min}}{\sigma_{\max}}$

10. Co nazywamy wytrzymałością zmęczeniową (definicja, oznaczenie, jednostka)?

Wytrzymałością zmęczeniową Z materiału nazywamy największą wartość naprężenia, które nie spowoduje jeszcze zniszczenia materiału poddanego działaniu nieskończonej liczbie cykli obciążenia. W praktyce przyjmuje się liczbę cykli N = 10⁶ ÷10⁷, zależną od rodzaju materiału. Jednostka N/m².

11. Naszkicować wykres Wohlera, jak się go konstruuje, co z niego wyznaczamy.

W celu określenia np. wytrzymałości Z_go, w układzie osi N, σ_max rysuje się krzywą N = f(σ_max) w następujący sposób: kolejne próbki są poddawane cyklicznym obciążeniom, aż do zniszczenia. Należy przy tym zapewnić stałość jednego z parametrów cyklu – H lub R. badanie rozpoczyna się od wysokiego poziomu σ_max, zmniejszając tę wartość dla kolejnych próbek. Wynik badania każdej próbki to jeden punkt do krzywej Wohlera, którego współrzędne stanowią: liczba cykli potrzebna do zniszczenia próbki i maksymalne naprężenie przyjętego cyklu. Coraz mniejszym wartościom σ_max odpowiada coraz większa liczba cykli. Pozioma asymptota kreślonej linii odcina na osi rzędnych, tj. maksymalnych naprężeń, wartość poszukiwanej wytrzymałości zmęczeniowej.

12. Na czym polega próba Lehra (naszkicować wykres, krótki opis)?

Metoda Lehra opiera się na wykrytej zależności między wartością amplitudy naprężenia cyklicznego i stopniem rozproszenia energii w materiale. Okazało się bowiem, że takie parametry, jak temperatura(T), ugięcie (f) lub moment potrzebny do obracania zginanej próbki (M_o), znacząco zmieniają swoje przebiegi w funkcji amplitudy naprężenia σ_a, gdy osiąga ona wartości bliskie wytrzymałości zmęczeniowej badanego materiału.

Przedstawione na wykresie Lehra krzywe obrazujące przebiegi temperatury, strzałki ugięcia i momentu obrotowego w funkcji amplitudy naprężenia w badanej próbce. Punkty przecięcia się stycznych do gałęzi poszczególnych wykresów w przybliżeniu mają te same odcięte. Średnią wartość z amplitud naprężenia można uważać za przybliżona wartość wytrzymałości zmęczeniowej materiału Z_go w próbie obustronnego zginania.

13. Cel i przebieg ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem zmęczenia materiału, sposobem opisu wyników badań i z przyspieszoną metodą wyznaczania wytrzymałości zmęczeniowej materiału.

Przebieg ćwiczenia:

- sprawdzić wymiary próbki;

- zamocować próbkę w uchwytach maszyny, aby luz poosiowy nie przekraczał 0,02mm;

- zamocować termoelement i czujniki zegarowe;

- włączyć silnik i po 3min odczytać wskazania termometru i czujników;

- próbkę obciążyć, aby wywołać w niej naprężenia ok. 10MPa, a następnie po upływie ok. 5 min, ponownie odczytać wskazania przyrządów;

- zwiększając w kolejnych krokach obciążenie, po każdych 5min odczytywać wartości ugięcia (f) i temperatury (T);

- po zauważeniu nieliniowego wzrostu mierzonych wartości zmniejszać kolejne przyrosty obciążenia (np. dzieląc przez 2) i odczytywać wskazania przyrządów do chwili, gdy wartość ugięcia i temperatury zaczną szybko wzrastać;

- wyłączyć maszynę i wyjąć próbkę z uchwytów;

- na podstawie zanotowanych wyników pomiarów sporządzić wykresy T =T(σ_a) i f = f(σ_a);

- poprowadzić styczne do każdej z krzywych w początkowej i końcowej strefie linii wykresu. Średnia wartość rzędnych punktów załamania się krzywych odpowiada przybliżonej wartości Z_go.