img096

2. Budowa wykresu Wóhlera

2.1.    Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie wykresu Wohlera w celu określenia podstawowej charakterystyki materiału konstrukcyjnego w zakresie obciążeń zmęczeniowych. W praktyce inżynierskiej wykres ten jest wykorzystywany do oceny zakresu bezpiecznej pracy elementu konstrukcyjnego poddanego takim obciążeniom, zarówno w przedziale ograniczonej jak i nieograniczonej trwałości zmęczeniowej.

2.2.    Wiadomości ogólne

2.2.1.    Wprowadzenie

Przyczyną kilkudziesięciu procent, spośród wszystkich uszkodzeń elementów maszyn i konstrukcji, sąpęknięcia zmęczeniowe. Ich rozwój wywołują naprężenia zmienne o przebiegu okresowym lub losowym, których wartość jest zazwyczaj niższa od granicy plastyczności R_e określonej w statycznej próbie rozciągania. Dlatego w procesie projektowania elementów i konstrukcji poddanych obciążeniom zmiennym konieczna jest znajomość szczegółowych charakterystyk zmęczeniowych materiału. Najprostszą charakterystykę tego rodzaju dla naprężeń okresowo zmiennych o przebiegu sinusoidalnym zaproponował A. Wóhler już w 1860 r. Zastosowana przez niego metoda została znormalizowana [6] i wykorzystywana jest do dnia dzisiejszego. Norma narzuciła nazewnictwo i oznaczenia podstawowych wielkości występujących w badaniach zmęczeniowych. Najważniejsze pojęcia, których zrozumienie jest niezbędne do wykonania ćwiczenia laboratoryjnego, przedstawiono w kolejnych punktach opracowania.

2.2.2.    Podstawowe pojęcia o naprężeniach zmiennych sinusoidalnie

Wykonanie wykresu Wohlera wymaga przeprowadzenia prób zmęczeniowych przy użyciu próbek wzorcowych obciążonych naprężeniem sinusoidalnie zmiennym. W takim cyklu wyróżniamy naprężenie maksymalne (cr_max lub r_max), naprężenie minimalne (cr_mm lub r_min), amplitudę naprężenia cyklu (o_a lub z_a), naprężenie średnie cyklu {o_m lub r_m) oraz okres zmiany naprężeń T. Przedstawione wielkości zobrazowano na rys. 2.1. Rozróżniamy przy tym następujące rodzaje cykli naprężeń:

a)    symetryczny (wahadłowy) cykl naprężeń - cykl w którym naprężenia maksymalne i minimalne są równe co do wartości bezwzględnej, a różne co do znaku (R = -1, o_m = 0),

b)    dwustronny (niesymetryczny) cykl naprężeń - cykl, w którym maksymalne i minimalne naprężenia różnią się zarówno wartością jak i znakiem,

c)    jednostronny (tętniący) cykl naprężeń - cykl, w którym naprężenia zmieniają swoją wartość zachowując stały znak,