Теоретический материал. Что такое усталость и выносливость материала?
Что такое усталость и выносливость материала?
Усталостью называется процесс постепенного накопления повреждений в материале элемента конструкции при воздействии повторно-переменных нагрузок, приводящий к возникновению усталостных трещин и разрушению.
Выносливость – это способность материала сопротивляться усталостному разрушению.
Какие существуют характеристики циклов переменных напряжений и как они определяются?
Цикл напряжений принято изображать в виде синусоиды.
К основным характеристикам цикла переменного напряжения относятся:
1. Максимальное smax и минимальное smin напряжение цикла.
2. Среднее напряжение цикла 
.
3. Амплитудное напряжение цикла 
.
4. Коэффициент асимметрии 
. Если smin = –smax, то Rs = –1, и цикл называется симметричным.
Что такое предел выносливости?
Предел выносливости – это наибольшее значение напряжения, при котором образцы не разрушаются при любом, сколь угодно большом числе циклов нагружения; входит в число механических характеристик материала.
В большинстве случаев предел выносливости определяется при воздействии симметричного цикла напряжения и обозначается s–1.
В чем заключается особенность оценки усталостной прочности?
Оценка усталостной прочности заключается в определении коэффициента запаса усталостной прочности 
и последующем его сравнении с нормативным значением 
:
.
Что такое диаграмма предельных амплитуд и ее назначение.
Диаграмма предельных амплитуд – это график, построенный в координатах sa – sm на основанииэкспериментальных данных, полученных при разных значениях коэффициента асимметрии путем проведения усталостных испытаний. Таким образом, для каждого значения среднего напряжения, величина амплитудного напряжения на графике является предельной, т.к. σm+sa=sR, где sR – предел выносливости для данного цикла с коэффициентом асимметрии Rs.
И зачем нам эта диаграмма 
?
Эта диаграмма служит для определения допускаемой области значений режимов нагружения детали из данной марки материала (область под кривой предельных амплитуд АВ) и определения коэффициента запаса усталостной прочности 
.
Что такое коэффициент запаса усталостной прочности и как он определяется по нормальным и касательным напряжениям и при их совместном действии?
Коэффициент запаса усталостной прочности определяется из диаграммы предельных амплитуд, как отношение отрезков OD к OC, где точка С – рабочая точка цикла – наносится на основании характеристик рабочего цикла детали sa и sm. Коэффициенты запаса усталостной прочности при изгибе (по нормальным напряжениям 
) и при кручении (по касательным напряжениям 
) с учетом факторов, влияющих на предел выносливости детали, таких как:
1) наличие конструктивных концентраторов напряжений в виде галтелей, шпоночных канавок, отверстий, проточек и т.д.;
2) качество обработки поверхности детали;
3) размер детали (масштабный фактор, учитывающий различие в размерах образца и детали),
определяются по следующим формулам, соответственно:
и 
, где
и 
– пределы выносливости по нормальным и касательным напряжениям (справочные величины для данной марки материала);
и 
– коэффициенты, учитывающие концентрацию напряжений, соответственно, по нормальным и касательным напряжениям, зависят от типа концентратора, его размеров и марки материала (справочные данные);
– коэффициент, учитывающий качество обработки поверхности детали (справочная величина);
и 
– коэффициенты, учитывающие масштабный фактор соответственно по нормальным и касательным напряжениям (справочные данные);
и 
– коэффициенты, учитывающие чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения, соответственно, по нормальным и касательным напряжениям (справочные данные).
Если исследуемая деталь испытывает совместное действие изгиба и кручения, то коэффициент запаса усталостной прочности определяется по формуле Гафа-Полларда, куда входят коэффициенты запаса, определенные отдельно по касательным и нормальным напряжениям:
