Ускоренные испытания применяют прежде всего для испытания с целью выявления слабых мест и сравнительных испытаний.
При действии зависимых от времени факторов (коррозии, колебательных процессов и т. п.), мероприятия по ускорению испытаний не допускаются.
Для заклепочных и резьбовых соединений они допустимы условно.
Ускорения испытаний достигают ла счет следующих изменений параметров нагружения:
повышения частоты испытаний;
исключения малых иеповреждающих амплитуд (в зависимости от значения предела выносливости прй нерегулярном нагружении амплитуды менее 10—30 % абсолютного максимума спектра могут быть опущены нз рассмотрения как неповреждающие (черт. 7). При приближенных оценках допускается использовать в качестве границы повреждения соотношение
Osg/g^ia=^0,5—0,7.
Подобным образом можно пренебречь малыми экстремумами и при случайных испытаниях);
повышения интенсивности спектра (пропорциональное увеличение всех значений нагрузки). Повышение напряжений на 10% сокращает долговечность в 1,5—2,0 раза;
повышения полноты спектра (дополнительно к отбрасыванию малых амплитуд).
Значения повреждающих амплитуд 0scB зависк-
Л
мести от максимальной амплитуды спектра сте и
предела выносливости о.. !Д
В целях ускорения испытаний применяют также параллельное по времени раздельное испытание на усталость деталей одного узла.
Для определения предела выносливости существуют следующие возможности ускоренного испытания на усталость: определение предела выносливости путем экстраполяции левой ветви кривой миогоцикловой усталости;
метод ступенчатого увеличения нагрузки — метод Докати по ГОСТ 19533—74.
На стадиях подготовки и проведения усталостных испытаний общее сокращение их длительности и материальных затрат достигают:
использованием статистических методов планирования экспериментов;
предварительным тщательным отбором вариантов по резуль татам лабораторных» статических, теизо метрических и физических испытаний;
выбором сокращенной базы испытаний;
использованием сравнительных испытаний на долговечность;
выбором критерия прекращения испытаний;
выбором допустимой повышенной частоты испытаний;
использованием методов ускоренной (приближенной) оценки значения предела выносливости при испытании малого кисла детален;
выбором обоснованных форсированных режимов нагружения;
увеличением числа одновременно испытываемых на одной устане икс деталей;
проведением параллельных испытаний на нескольких установ’ ках при условии их идентичности по тарировке;
использованием структурной периодичности в конструкции путем последовательного испытания повторяющихся в ней несущих элементов (стоек, отсеков цилиндров в блок-картер ах двигателей внутреннего сгорания, колен в коленчатых вилах, зубьев в шестернях и др.). При этом разрушение одного из элементов нс дол жно влиять на напряженное состояние другого.
При определении ограниченного предела выносливости и сравнительной долговечности деталей с различным конструктивным и гек налоги чески м исполнением кривые усталости могут иметь различный наклон. Поэтому при выборе коэффициента форсирования по нагрузке следует учитывать возможность пересеченны их левых вет&еЙ.
Ускоренное определение сравнительной долговечности двух иди более вариантов при повышенных нагрузках выполняют сл с дуге 11 щ м обр аз ом.
Проводят испытания при двух уровнях напряжений с дем, чтобы по наклону линий» соединяющих сравниваемые варн анты, можно было судить о том, что испытания проводят ниже точнії возможного пересечения кривых.
Если оірезки линий расходятся кинзу или параллель ны друг другу, то уровни напряжений выбраны правильно и сравнение вариантов на любом из них правомочно» т, с. ссотно шение между долі'овЄч.ііостьео сравниваемых вариантов (их ран жировка) не изменится при увеличении базы испытаний. Если отрезки линий сходятся, то уровни напряжений выбраны неудачно и следует их снизить.
Примечание. Точка пересечения кривых усталости в отдельных случаях может лежать на горизонтальной ветви одной из них иди кривые могут пересек ат к я дважды.
ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАТЕЛЬНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ
Испытания могут проводиться как на стандартных испытательных машинах, соответствующих требованиям ГОСТ 24217—80, так и на нестандартном оборудовании. В случае использования нестандартного оборудования следует руководствоваться общими требованиями, изложенными в настоящем разделе.
Допустимые погрешности испытательного оборудования — по ГОСТ 25.502—79.
Приспособление должно максимально воспроизводить действительное крепление и нагружение исследуемой детали в конструкции. По возможности необходимо использовать сопрягаемые детали узла реальной конструкции для крепления и нагружения испытуемой детали.
Для сокращения затрат и времени на переналадку приспособление рекомендуется выполнять во модульному принципу.
Испытания проводят на машинах, установках и стендах: с жестким и (или) мягким нагружением:
с различным способом возбуждения переменных нагрузок (гидравлическим, электрогидравлнческнм, электромагнитным, механическими центробежными вибраторами, компрессионным, путем подвешивания грузов н др.);
оснащенных средствами измерения, прошедшими поверку;
удовлетворяющих метрологическим требованиям по параметрам частоты нагружения, возбуждающего усилия и жесткости нагружаемой системы (испытательная машина— объект испытаний).
Контроль нагружения осуществляют по показанням сило- измерительных устройств и (или) тензорезпеторов.
Машины, установки и стенды должны быть оборудованы: автоматическим выключателем, фиксирующим момент достижения предельного состояния детали;
счетчиком числа циклов;
приспособлением для проверки точности показаний машины и ее характеристик;
аппаратурой для автоматической записи (регистрации) исполнительного режима нагружения.Онорио-захватные устройства должны обеспечивать приложение нагрузки в соответствии со схемой, предусмотренной программой испытаний, и не вызывать разрушения дегали в месте передачи нагрузки.
Нагрузки при мягком нагружении или деформации при жестком нагружении должны быть в пределах от 0,2 до 0,8 выбранного диапазона измерений испытательной машины, установки пли стенда.
ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
За основные критерии предельного состояния детали принимают:
полное или частичное (определяемое появлением трещины наперед заданного размера) разрушение;
критическое раскрытие трещины (при учете скорости роста трещины, остаточной прочности материала при существующей трещине и возможного перераспределения напряжений);
потерю герметичности;
значительный рост деформации детали;
резкое падение нагрузки, внутреннего давления или частоты нагружения (на резонансной испытательной машине);
резкий подъем температуры испытуемой детали;
достижение наперед заданной скорости роста усталостной трещины;
достижение наперед заданного числа циклов нагружения;
достижение наперед заданных значений характеристик, обнаруживаемых электрическими, магнитными, ультразвуковыми, акустическими и др. методами.
Воспроизведение нагружения
Испытания по определению усталостной долговечности или ее минимальных значений проводят с помощью приближенных к эксплуатации спектров нагружения как случайное или блочное нагружение.
Для сравнительных испытаний к для испытаний по обнаружению слабых мест нагружение допускается упрощать до многоступенчатого или одноступенчатого при следующих условиях:
изменение в детали должно изменять полученную долговечность или кривую Велера в такой же степени, как и при случайном нагружении;
путем правильного выбора уровня нагружения при одноступенчатом нагружении должно выявляться такое слабое место, которое является также критическим в эксплуатации, в результате чего по расположению и внешнему виду возникают повреждения, подобные эксплуатационным.
2.2.1. В заклепочных и резьбовых соединениях упрощенные нагружения могут привести к измененным механизмам передачи нагрузки.
Точное по времени воспроизведение нагружения не требуется, за исключением случаев наличия зависящих от времени влияний:
окружающей среды (например коррозии);
нагрева детали при более высокой частоте;
скорости нагружения.
Если частоты нагружения лежат вблизи собственных частот детали, то следует учитывать динамическую переходную характеристику детали и испытательного устройства.
Частота нагружения при испытаниях, ио возможности, должна соответствовать эксплуатационной частоте. Малые частоты (менее 1 Гц) по сравнению с обычными испытательными частотами (от 10 до 300 Гц) дают числа циклов до разрушения в 1,5—2,5 раза меньше, а предел выносливости — на 10—20 % меньше. Высокие частоты (более 300 Гц) приводят при охлаждении детали к повышению предела выисхливости. а при отсутствии охлаждения — к его снижению.
В случае мягкого нагружения (при контроле по нагрузкам) увеличение частоты выше 10 Гц приводит к более существенному повышению долговечности по сравнению с жестким нагружением прежде всего за счет несоответствия скоростей нагружения и деформирования.
Допустимая погрешность результатов испытания на стадии проектирования больше, чем для готовой детали. Отклонения на 10 % по уровню напряжений в блоке нагружения приводят к изменению долговечности в 1.5—2,0 раза
Испытания иа усталость осуществляют по программе испытаний. Условия и результаты фиксируют в протоколе испытаний по ГОСТ 25.502—79.'
Для оценки чувствительности к асимметрии нагружения необходимо проводить испытание на усталость как минимум при двух значительно отличающихся друг от друга значеннях коэффициента асимметрии (например, при —1 и 7? = 0).
Для определения наклона кривой усталости или распознавания возможного пересечения различных кривых усталости уровни напряжения выбирают таким образом, чтобы достигалось существенное различие по усталостному ресурсу (примерно от 5х 10* до 106 по кривой усталости).
Базу испытании назначают в зависимости от задачи исследования по ГОСТ 25.502—79.
Эффективный объем выборки необходимо увеличивать использованием свойств симметрии деталей (например оценку усталостных характеристик проводить на многих симметрично расположенных и идентично нагруженных сечениях).
Для сложных деталей после появления первых разрушений допускается производить ремонт отдельных сечений с тем, чтобы продолжать испытания и устанавливать другие слабые места конструкции или проверять эффективность способа ремонта.
При выборе вида нагружения следует учитывать^ что он не влияет на величину предела выносливости, но общая долговечность, особенно период живучести, увеличиваются с переходом от мягкого (с заданным размахом нагрузки) к жесткому (с заданным размахом деформации) погружению.
При выборе длины плеча изгибающего момента при консольном изгибе учитывают, что на сопротивление усталости оказывает влияние сочетание нормальных н касательных напряжений, С уменьшением плеча п соответственно увеличением поперечной силы предел выносливости снижается. Поэтому в каче стве одного из критериев сопоставимости схемы нагружения рекомендуется принимать постоянство отпои ения нормальных напряжений к касательным.
Испытуемую деталь крепят □ машине таким образом, чтобы были обеспечены требования техники безопасности в не возникали прн втом дополнительные напряжения, не предусмотренные программой испытаний. Ирг испытании на растяжение сжатие напряжения от дополнительного изгиба пе должны превышать 10 е/.: напряжений растяжения-сжатия. Центровка деталей должна исключать возникновение дополнительных вибраций машины.
Все детали испытывают на однотипных машинах с идентичными метрологическими характеристиками при одинаковом виде нагружения,
6-3.10. Испытания проводят непрерывно вплоть до лосі пження предельного состояния деталей,
Заданная максимальная нагрузка цикла нагружеиня не должна быть превышена, так как ато может привести к изменению исходной прочности детали и сильному рассеянию результатов испытаний. Нагружение в процессе достижения заданной амплитуды и частоты циклов осуществляют плавно.
Постоянство уровня задаваемых нагрузок или деформаций периодически нлн непрерывно контролируют в зависимос- тп от стабильности работы машины и ее оснащенности регистрирующей аппаратурой,
При проведении сравнительных испытаний на усталость необходимо гарантировать идентичность условий эксперт мента и параметров нагрузки.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
Представление результатов испытаний
При достаточном количестве результатов испытаний они представляются как кривая усталости или как функция долговечности при случайном нагружении, а также как диаграмма предела выносливости, предела ограниченной выносливости или эсплуатационном прочности соответствен но для определенной вероятности безотказной работы или вероятности разрушения.
Кривая усталости изображается для определенных значений среднего напряжения пли коэффициента асимметрии цикла напряжений в линейной, двойной или полулогарифмической системе координат применительно к максимальному напряжению или амплитуде напряжений.