Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования

Примечание. Самой низкой ступенью а»в/а« “*0.125 можно пренебречь, л

если максимальная амплитуда спектра о„ лежит выше о___1л.

Размер блоков выбирают таким образом, чтобы число блоков до разрушения было нс мсиее 10. Это относится также к случаю, если максимальное значение распределения нагрузок со­держится лишь в одном нли нескольких блоках.При числе блоков до разрушения менее 10 следует учитывать влияние последовательности отдельных ступеней на долговеч­ность.

Ступени каждого блока сменяют последовательно в порядке возрастания н понижения. Испытания начинают со средней сту­пени блока в соответствии с черт. 4.

Блочное нагружение

При монотонно возрастающем (понижающемся) прохождении получаются завышенные (заниженные) значения долговечности, а различия уменьшаются с увеличением числа блоков. При большем числе блоков точность оценки эксплуатационной долго­вечности повышается. Если ври небольшом числе блоков до раз­рушения последний блок реализуют не полностью, то его эффек­тивную долю в повреждении допускается оценивать в соответст­вии с табл. 2.

Число циклов до разрушения получают из числа блоков, вы­держанных до разрушения и объема блоков vg. Для последнего блока, реализованного неполностью, эффективную долю в числе циклов до разрушения допускается определять при учете рас­четных долей повреждения отдельных ступеней ДО/ по формуле

_ЛП (o_a//S_a)^w-/U

AD/ д , (2)

2 (Оа//О_в)^/п Лх /-І

Таблица 2

Доли повреждений AD< для отдельных ступеней внутри одного блока

Объем стандартного спектра нагрузок — 10⁶ циклов (черт. 5), а объем блока нагружения может составлять 10⁴—10⁶ циклов.

Стр. 12 ГОСТ 25.М7—BJ

Результаты блок-программпого испытания по сравнению с результатами сравнимого случайного испытания дают погреш­ность не в запас прочности. Погрешность возрастает с увеличе­нием числа блоков, так как кривая долговечности блок-програм- миого испытания имеет более пологий наклон, чем кривая слу­чайного испытания. Отличие результатов блок-программпого ис­пытания от случайного испытания вытекает прежде всего из не­зарегистрированного влияния последовательности напряжений и из влияния неучтенных изменений среднего напряжения. Степень отличия зависит от проведения блок-программпого и случайного испытаний, параметров случайного процесса и от метода схема­тизации, а также от других факторов нагружения, конструкции н материала детали.

Влияние последовательности возрастает с уменьшением пол­ноты спектра. Для узкополосного процесса с нормальным рас­пределением и следовательно рэлеевского распределения макси­мумов, долговечность (предел ограниченной выносливости при эксплуатационном нагружении) при блок-программном испыта­нии в среднем в 3,5 (1,2) раза больше, чем те же характеристики при случайном испытании.

Испытания на усталость с процессами нагружения, парамет­ры которых измеряют при эксплуатации, регистрируют на маг­нитной ленте и с незначительными изменениями отслеживают на электрогидравлическом или электродинамическом испытательном оборудовании. Нагружение фиксирует представительный участок •общего нагружения и повторяется многократно.

Преимущества и недостатки случайных испытаний со слеже­нием по сравнению со случайными испытаниями с моделированн­ом следующие:

преимущества:

весьма точное определение долговечности;

возможность отказаться от статистического описания нагру­жения;

требуются лишь минимальные знания о действии и связях различных влияющих факторов;

недостатки:

необходимость измерения параметров нагружения детали (опытного образца или предшествующей модели);

длительное время испытаний;

ограниченная переносимость и обобщаемость результатов.

Испытания на усталость с процессами нагружения, которые воспроизводят с помощью генераторов шума, реализуют на электроссрвогидравлическом или электродинамическом испыта­тельном оборудовании. Исходные сигналы генераторов шума яв­ляются стационарными процессами с нормальным распределени­ем, статистические характеристики которых (например, коэффи­циент нерегулярности и стандартное отклонение) формируются таким образом, чтобы они совпадали с характеристиками пред­ставительных процессов эксплуатационного нагружения.

Преимущество и недостатки случайных испытаний с аналого­вым моделированием процесса по сравнению со случайными ис­пытаниями с цифровым моделированием процесса нагружения следующие:преимущество:

простая возможность проведения некоррелированных много­компонентных испытаний;

недостатки:

мепыная сравнимость результатов, так как выходной сигнал не строго воспроизводимый;

сложная реализация нестационарных процессов нагружения.

Сравнение спектров (табл. 3) осуществляют с помощью меры полноты V. определяемой по формуле (1), коэффициента нере­гулярности % н числа положительных максимумов .V+ , определя­емого по формуле (3)

А?--ЦХ-JV,- (3)

Таблица 3

Стандартные последовательности экстремумов для случайного испытания и
СПНТрЫ гтд гружения

Примечание. Представленные спектры (Е, R и /1) имеют объем

где — коэффициент нерегулярности;

По—числа пересечений процессом уровня средней ИагруЭКН.

Для меньшего объема спектра Л'«, равного например 5X10⁵, Кг, 10⁴, значения Л

o»fS_а уменьшаются. Так для стандартной последовательное™ экстремумов С9 Л Л

при W,= IO⁶. получаем c_a/S₀ -»5,26, а при Л—10⁴— aJS_o = 4,29.

Приближенное равенство результатов для не очень малых зна­чений х отсутствует для заклепочных и резьбовых соединений.