Усталость

Введение

Анализ прочностных характеристик при действии нагрузок, систематически изменяющих свою величину или величину и знак, существенно отличается от анализа прочностных характеристик при действии статических и ударных нагрузок. Поэтому вопрос о проверке прочности материала при действии переменных нагрузок требует особого внимания.

В программном комплексе Fidesys, начиная с версии 7.0, появилась возможность оценить прочность при возникновении циклических напряжений с помощью фильтра "Усталость".

Описание работы фильтра

Для корректной работы фильтра необходимо провести статический или временной динамический расчеты.

Настройки фильтра можно посмотреть в главном меню постпроцессора во вкладке "Фильтры".

Рисунок 1 - Фильтр "Усталость" в общем списке фильтров постпроцессора

В фильтре реализованы следующие настройки расчета:

• Теория Коррекции Средних Напряжений;

• Тип Цикла;

• Коэффициент усталости;

• Количество Циклов Нагружения;

• Выбор Компоненты Напряжения;

• Файл с кривыми Веллера.

Рисунок 2 - настройки фильтра "Усталость"

"Выбор компоненты напряжения" - выбор компоненты напряжений, полученной в расчете, для анализа усталостных характеристик.

"Количество циклов нагружения" показывает сколько раз конструкция подвергается заданному внешнему воздействию.

Остальные настройки фильтра "Усталость" описаны ниже.

Теория коррекции средних напряжений

Размах знакопеременного напряжения цикла напряжений вычисляется как половина диапазона напряжения в цикле. Величина разрушения, вызванного циклом напряжений, зависит не только от знакопеременного напряжения, но также от среднего напряжения. Например, два цикла ниже имеют одинаковое знакопеременное напряжение, но так как они имеют различные средние значения напряжения, они вызовут различные количества разрушений.

Рисунок 3 - Два цикла с различными средними напряжениями

В программном комплексе Fidesys среднее напряжение можно учитывать с помощью теорий коррекции среднего напряжения: Гудмана, Гербера, Содерберга, Эллиптической.

Таким образом, размахи напряжений с учетом теорий коррекций средних напряжений можно определить следующим образом:

Рисунок 4 - размахи напряжений с учетом теории коррекции среднего напряжения (слева направо : Гудман, Гербер, Содерберг, Эллиптическая)

В данных формулах введены следующие обозначения:

• S_ac - размах напряжений с учетом коррекции;

• S_a - размах напряжений;

• S_m - среднее напряжение;

• S_y - предел текучести;

• S_ul - предел прочности.

Коэффициент усталости

Испытания материалов на усталостные свойства обычно проводятся в строго определенных условиях. Если условия эксплуатации деталей отличаются от условий, в которых они подвергались испытаниям, можно применить модификационные коэффициенты, чтобы попытаться учесть разницу. Размахи напряжений обычно делятся на этот коэффициент модификации (в данном случае - коэффициент усталости). Деление размаха напряжений эквивалентно умножению пределу усталостной прочности на коэффициент усталости. Коэффициент усталости уменьшает усталостную прочность и должен быть меньше единицы. Обратите внимание, что этот коэффициент применяется только к размаху напряжений и не влияет на среднее напряжение.

Файл с кривыми Веллера

При расчете усталостной прочности необходимо для каждого материала задавать кривую Веллера.

Кривая Веллера - кривая зависимости размахов напряжений от числа циклов до разрушения материала.

Пример кривой Веллера представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - образец кривой Веллера

По оси абцисс - количество циклов до разрушения материала, по оси ординат - размахи напряжений.

Кривые Веллера импортируются одной таблицей csv формата.

Пример таблицы кривых Веллера для двух материалов представлены на рисунке ниже.

Рисунок 6 - образец кривых Веллера для двух материалов

Таким образом, кривые Веллера (N_1,S_1) и (N_2,S_2) относятся к материалам id = 1 и id = 2, заданным в предпроцессоре.

Тип цикла

В Fidesys доступно задание симметричного, околонулевого, ассиметричного циклов нагружения.

При задании ассиметричного цикла необходимо задать коэффициент ассиметрии в пределах от -1 до 1.

В симметричном и околонулевом циклах коэффициент ассиметрии равен -1 и 0 соответственно.

Рисунок 7 - типы циклов, доступные в Fidesys (слева направо : симметричный, околонулевой, ассметричный)