Bez nazwy!

36

żonę masy wirujące z częstotliwością bliską rezonansowej lub w sposób elektromagnetyczny. Częstotliwość robocza tych pulsatorów zależy od sztywności próbki i mieści się przeważnie w zakresie od 40 do 200 Hz. Budowane są jednak też pul-satory rezonansowe, pracujące z częstotliwością kilku kiloherców. a)    b)

36

M, ‘FL,

Rys. 3.9. Zmęczeniówki do badania zmęczenia obrotowo-giętnego: a) próbek wspornikowych, b) przy czystym zginaniu

Najprostszymi maszynami do badań zmęczeniowych są zmęczeniówki, na których wykonuje się zginanie obrotowe. Są one bardzo rozpowszechnione ze względu na ich taniość, prostotę budowy i obsługi oraz fakt, że próbki w tych maszynach poddane są zginaniu obrotowemu - obciążeniu charakterystycznemu dla ważnego w budowie maszyn detalu, jakim jest wal.

Występują dwie odmiany konstrukcyjne tych maszyn, różniące się kształtem próbki i sposobem jej mocowania. Na rysunku 3.9a przedstawiono schemat działania maszyny, na której wykonuje się zginanie obrotowe próbki wspornikowej zamocowanej jednym końcem sztywno w uchwycie i obciążonej na drugim końcu siłą F. Ta stała siła w obracającej się próbce wywołuje symetryczne, sinusoidalne, obrotowe zginanie o współczynniku asymetrii cyklu R = -1. W celu uniknięcia pękania próbki w uchwycie, gdzie występuje maksymalny moment gnący, stosuje się próbki ze zwiększoną średnicą w części chwytowej lub próbki z karbem w pobliżu uchwytu.

Na rysunku 3.9b przedstawiono schemat zmęczeniówki do zginania obrotowego przy obciążeniu próbki stałym momentem gnącym. Zaletą tego rozwiązania jest to, że maksymalnym naprężeniom poddana tu jest większa objętość materiału. Nie występują tu też naprężenia styczne. Zmęczeniówki giętno-obrotowe pracują przeważnie z częstotliwością od 50 do 100 Hz.

Grupę najnowocześniejszych maszyn zmęczeniowych stanowią pulsatory wyposażone w siłowniki hydrauliczne z serwozaworami pracującymi w pętli sprzężenia zwrotnego. Na maszynach tych możliwa jest realizacja obciążenia blokowego lub z zaprogramowaną wartością każdego cyklu.

Ze względu na wielość schematów obciążeń w badaniach zmęczeniowych oraz typów maszyn nie ma w pełni znormalizowanych próbek w tych badaniach. Polskie normy [2 i 3] określają jedynie wymiary części pomiarowej próbek cylindrycznych i płaskich, gładkich i z karbem, na rozciąganie i zginanie. Zawarte są tam też wymagania co do gładkości powierzchni i dokładności wykonania. Podstawowe badania materiałowe prowadzi się na szlifowanych próbkach bez karbu.

3.5. Zjawisko zmęczenia materiałów

Materiały przenoszące zmienne naprężenia, przewyższające ich trwałą wytrzymałość zmęczeniową, podlegają zjawisku zmęczenia. Proces zmęczenia można podzielić na dwa zasadnicze okresy. Pierwszy to okres do inicjacji pęknięcia, drugi to okres rozwoju pęknięcia doprowadzający do złomu.

W pierwszym okresie w wyniku cyklicznych zmian naprężeń zachodzą cykliczne mikroodkształcenia plastyczne wywołane spiętrzeniem naprężeń na lokalnych nieciągłościach, występujących w realnych strukturach krystalicznych i na rnikro-karbach związanych z chropowatością powierzchni. Odkształcenia plastyczne przejawiają się jako ruch dyslokacji. Prowadzi to nieodwracalnych zmian w postaci spiętrzenia dyslokacji na przeszkodach i wychodzenia dyslokacji na powierzchnię W rezultacie powstaje bardzo silne zdefektowanie sieci krystalicznej, które od pewnego momentu można traktować już jako mikropęknięcie. Z tych mikropęknięć tworzą się przypowierzchniowe makropęknięcia o rozmiarach porównywalnych z wielkością ziaren. Stopniowy rozwój tego pęknięcia aż do całkowitego złomu to drugi okres w procesie zmęczenia.

Długość pierwszego okresu zależy od skumulowanych odkształceń plastycznych. Przy obciążeniach o zmiennych parametrach można tu wykorzystać hipotezę kumulacji uszkodzeń Minera (3.8).

Rozwój pęknięć w drugim okresie zmęczenia analizuje się w kategoriach mechaniki pękania. Podstawową rolę odgrywa tu współczynnik intensywności naprężeń

(3.9)

gdzie:    a - naprężenia normalne,

/ - długość pęknięcia,

* =3,14.

Y bezwymiarowa funkcja, zależna jedynie od geometrii ciała ze

szczeliną.

Współczynnik K\ dotyczy przypadku obciążenia normalnego do powierzchni szczeliny. Współczynniki K\\ i £nt dotyczą przypadków ścinania w płaszczyźnie szczeliny.

Stwierdzono doświadczalnie, że prędkość pękania dl/dN zależy od zakresu współczynnika intensywności naprężeń