Inżynieria Środowiska Stacjonarne	Badania zmęczeniowe metali przy jednoosiowym stanie naprężenia	8.12.2011
LPS 2

1. Wstęp

Wytrzymałość na zmęczenie

Zmęczenie materiału to obniżenie jego wytrzymałości występujące przy naprężeniach cyklicznych. Doświadczalnie stwierdzono, że materiał może ulec uszkodzeniu przy naprężeniach cyklicznych mniejszych od granicy plastyczności.

Wytrzymałość na zmęczenie Z_G to wytrzymałość na największe naprężenia σ_max dla danego cyklu naprężenia, w którym próbki nie ulegają złomowi zmęczeniowemu. Najczęściej dla liczby cykli N_G.

Maszyna zmęczeniowa

Do badań zmęczeniowych używa się maszyny SHM-250. Przystosowana jest do badań w warunkach jednoosiowych. Taką maszynę przedstawia rysunek 1.

Rys.1

Maszyna SHM-250 - schemat blokowy:

1 - próbka, 2 - czujnik siły, 3 - siłownik hydropulsowy, 4 - mini sterownik siły,

5 - komputerowy generator sygnałów pulsowych, 6 - zasilacz hydrauliczny,

7 - komputerowy system rejestrujący, 8 - analizator widma

Próbki

Badania wykonuje się na próbkach, które posiadają określone wymiary i kształty. Do jednoosiowych badań stosuje się głównie próbki okrągłe i płaskie o stałym i zmiennym przekroju części pomiarowej. Wszystkie wykonywane są według norm.

Rysunek 2 przedstawia kształty i wymiary próbek cylindrycznych i płaskich.

Rys 2. Próbka cylindryczna oraz próbka płaska

2. Tablica z wynikami badań

Nr	σa [MPa]	Ni [cykle]	Nr	σa [MPa]	Ni [cykle]
1 2 3	330	77300 53900 94300	16 17 18	330	101200 68900 202200
4 5 6	320	111100 116600 150700	19 20 21	320	84400 214800 97000
7 8 9	310	140200 351600 273300	22 23 24	310	253700 112700 212300
10 11 12	300	321400 178200 188100	25 26 27	300	162500 136200 170700
13 14 15	290	297300 275200 327700	28 29 30	290	371100 301800 571100

3. Statystyczne opracowanie wyników badań

Proponowany model regresji wyraża się wzorem:

Y = A + BX

X = log - logarytm naprężenia

Y = logN - logarytm trwałości

Statystyczne opracowanie wyników badań doprowadza do otrzymania krzywej regresji (podana w przykładzie):

Krzywa regresji

N - trwałość zmęczeniowa w cyklach

A zawiera się w przedziale (22,393; 36,984)

B zawiera się w przedziale (-12,746; -6,889)

4. Wykres zmęczeniowy Wöhlera (załącznik)

Na podstawie otrzymanych wyników prób można wykreślić wykres zmęczeniowy Wöhlera, którego matematyczny wzór wyraża krzywa regresji.

5. Wnioski

Głównymi przyczynami zniszczenia elementów są mikroskopijne defekty, które powiększają się pod wpływem obciążenia. Wpływ na wytrzymałość mają także obecność karbu na próbce, temperatura wykonania próby, częstotliwość, wielkość przekroju próbki, czasem wpływ ma korozja.

Rozrzut wyników powodują różnice w wykonaniu próbek oraz niedokładność maszyn zmęczeniowych.

6. Literatura

• „Ćwiczenia laboratoryjne z wytrzymałości materiałów” Skrypt 168 Praca zbiorowa pod redakcją Grzegorza Gasiaka, Wyższa Szkoła Inżynierska, Opole 1994

• „Wytrzymałość materiałów” Ryszard Łączkowski, Politechnika Gdańska 1996

---