двотаврова балка А (рис. 4) довжиною 6,6 м, висотою 40 см. Склепана із смугового заліза і куточків. Початковий прогин був проведений вантажем D, прикладеним на кінці З важеля НД, Для того щоб створити циклічність навантаження, кінця З важеля НД повідомлялося попеременное вертикальний рух від стрижня РЄ, прикріпленого до рівномірно обертається ексцентрику. Таким чином балка навантажувати 7-8 разів на хвилину. З випробувань з'ясувалося, що «балка зі зварювального заліза, будучи навантаженої растягивающим напругою до 1100 кг/см 2, не може бути визнана надійною, якщо це напруга створюється поперемінним накладенням та зняттям навантаження, т. Е. Якщо балка піддається таким шляхом певного досить великому числу вібрацій і притому, що особливо важливо, якщо 300 000-400 000 змін навантаження, здійснених описаним, способом, достатньо, щоб з достовірністю викликати злам.
Рис. 4. Машина Фейрбейрна для втомних випробувань.
Слід, однак, мати на увазі, що балка, що послужила приводом для таких висновків, витримала понад 3000000 циклів при напрузі близько 788 кг/см г, у зв'язку з чим як результат експериментів слід визнати, що розтягуюче напругу в 788 кг/см 2, фіксоване в якості допускаемого для балок Міністерством торгівлі, забезпечує, мабуть, достатній зап?? з міцності ». Ми бачимо, що вже в середині XIX століття інженерам було відомо негативний вплив повторності напруг на міцність металів і що на підставі кількох проведених ними експериментів вони прийшли до висновку, що навантаження, яке діє поперемінно, може бути визнана безпечною, якщо вона не перевищує 1/3 від руйнуючої статичного навантаження.
2. Дослідження А. Велера
Значно більш повним роз'ясненням явища втоми ми зобов'язані Августу Велер (1819-1914). Сталість властивостей матеріалу має істотне значення при його практичному використанні, і в прагненні досягти такої сталості Велер розробив технічні умови на матеріали, що надходять для використання на залізницях. Він сприяв також організації в Німеччині мережі лабораторій з випробування матеріалів і допоміг ввести однаковість в методику самих випробувань. Його вплив у цьому відношенні було дуже великим в Німеччині, а спроектовані і споруджені їм для своєї роботи випробувальні машини були кращими в той час. Свідченням їх історичного значення є те, що вони зберігаються в якості експонатів у Музеї німецької техніки в Мюнхені.
Основна робота Велера по втомі металів була виконана їм з наміром знайти заходи, які змогли б знизити аварійність, виражалася в постійних поломках осей рухомого складу на Нижньо-Сілезької залізниці.
Для цієї мети була сконструйована спеціальна машина (рис, 5), головною частиною якої був циліндр ab, що обертався в підшипниках з і d зі швидкістю близько 15 обертів на хвилину. Кожна з двох осей, ef і kl, укріплена одним своїм кінцем (f і k) в роторі, на іншому ж згинається натягу пружини, переданими через кільцеві підшипники E і l. За час одного обороту напруги в волокнах осі здійснюють один повний цикл зміни. Регулювання напруг досягається належної установкою пружин. На цій машині були випробувані осі різного діаметру і з різних матеріалів, причому були отримані порівняльні дані, що характеризують міцності. Однак для фундаментального вивчення втомної міцності металу потрібно було багато випробувань, і Велер вирішив для цієї мети перейти від натурних випробувань зі справжніми осями залізничного рухомого складу до зразків менших розмірів, отриманим шляхом механічної обробки з циліндричних брусів. Використання таких зменшених зразків дозволило підвищити швидкість обертання випробувальної машини приблизно до 40000 оборотів в день.
Рис. 5. Машина Велера для втомних випробувань.
Таким шляхом створювалася можливість піддавати зразок дії багатьох мільйонів циклів напруги. Випробовуючи кілька тотожних зразків під дією сил різної величини і порівнюючи кількості циклів, потребовавшихся для того, щоб викликати злам, Велер отримав потрібні дані для виведення певних висновків про втомної міцності випробуваного їм матеріалу. Слід зауважити, що у своєму аналізі він не користується так званій кривій Велера, але застосовує термін «максимальне напруження» (Bruchgrenze).
Велер встановив, що негативний вплив гострих кутів і різких змін профілю може бути пом'якшене введенням паливних переходів. Подальші експерименти показали, що це послаблює вплив залежить від роду матеріалу і що падіння міцності в гострих кутах варіюється в інтервалі 25-33%.
Також Велер виявив, що злам починається завжди на розтягнутій грані і що величина найбільшої напруги, яке здатний витримати матеріал, залежить значною мірою від різниці між найбільшим і найменшим напруженнями (т. е. від різниці напруг).
