"justify"> Згодом Л. Шпангенберг (Louis Spangenberg) в 1874 році вперше графічно зобразив результати досліджень, опублікованих А. Велером у вигляді таблиць. З тих пір графічне представлення отриманої залежності між амплітудами напруги циклу і числом циклів до руйнування називають діаграмою (кривої) Велера (рис.6) [16].
Рис. 6. Крива Велера для Круппівські осьової сталі.
. Проблема втоми металів у машинобудуванні та авіації
Сучасне машинобудування у своєму розвитку поставило в порядок дня важливу проблему попередження небезпеки, пов'язаної з втомою металів при дії циклічних напружень. Ряд катастроф протягом XX ст. показав всю важливість вирішення даної проблеми (рис. 7-10) [28].
Рис. 7. Затоплення Бостона патокою через руйнування гігантського резервуара. 15 січня 1919.
Рис. 8. Ряд реактивних авіалайнерів Де Хевилленд DH.106 «Комета» зазнали катастрофи через втомного руйнування фюзеляжу в зоні квадратних ілюмінаторів в даху салону.
Рис. 9. Рейс 243 Aloha Airlines 28 квітня 1988. Причини катастрофи: корозія, погана епоксидна зв'язка частин фюзеляжу, втома заклепок і пошкодження металу фюзеляжу.
Рис. 10. Боїнг - 747, 4 жовтня 1992 потерпілий крах в Амстердамі. Причиною стало руйнування кріплень і відрив третій і 4-го двигунів.
Основною причиною аварій, що відбуваються з машинами в експлуатаційних умовах, є втома елементів машин-ось чому вивчення цього явища зайняло одне з найважливіших місць в дослідницькій роботі лабораторій з випробування матеріалів [23]. Поняття межі витривалості і амплітуди циклу напружень увійшли вже в практику з часу Велера і Баушінгера. Якщо ми знаємо межу витривалості для симетричного циклу напружень, то втомні характеристики матеріалу для циклів інших типів встановлюються звичайно на основі припущення Гербера [24], згідно з яким амплітуда напруги R і середнє напруження у а пов'язані між собою параболічної залежністю
R=R max (1 у а 2/у b 2)
Встановлення межі витривалості в лабораторіях за допомогою випробувальних машин малій швидкості пов'язане з витратою часу і великими витратами, внаслідок чого було здійснено численні спроби з'ясувати, чи не існує яких-небудь співвідношень між межею витривалості та іншими механічними характеристиками матеріалу , одержуваними з статичних випробувань. Ці зусилля увінчалися невеликим успіхом, хоча в результаті їх і було знайдено, що межа витривалості для чорних металів, що піддаються циклічному навантаженні, становить приблизно 40-55% від межі міцності.
Велика праця був витрачений на з'ясування питання про те, чи існує який-небудь зв'язок і яка саме між явищами гистерезиса і втоми. Ще Баушінгера ввів поняття природних меж пропорційності, що фіксуються після прикладення до матеріалу ряду циклів напруг; при цьому він припускав, що ці межі повинні визначати безпечну амплітуду в втомних випробуваннях. Цю ідею розвив надалі Л. Бейрстоу [25]. Користуючись дзеркальним тензометром і машиною повільної дії, що виробляє нагружение і розвантаження зразка, він виміряв ширину гістерезисних петель, причому знайшов, що якщо значення цієї ширини наносити в координатній сітці в функції від максимальних напружень прикладених циклів, то нанесення точки розташуються приблизно на прямій лінії. Бейрстоу рекомендує визначити безпечну амплітуду циклу як точку перетину цієї прямої з віссю напруг. Наступні випробування на втому підтвердили правильність цієї пропозиції. З того часу було запропоновано декілька методів швидкого визначення амплітуд по петлях гістерезису. Замість того щоб вимірювати ширину гістерезисних петель, Хопкінсон і Уилльямс [26] справили калориметричні вимірювання енергії, що розсіюється за один цикл, і вказали швидкий метод встановлення межі витривалості. У більш близьке нам час О. Фёппль і його співробітники провели в інституті Велера в Брауншвейгу обширну роботу з виміру циклічної в'язкості металів і її відношення до межі витривалості (втомної міцності).
Другий швидкий спосіб визначення границі витривалості був запропонований Юїнгом і Хемфрі [27]. Вони користувалися зразками шведського заліза з полірованими поверхнями і, піддавши їх певному числу циклів знакозмінних напружень, досліджували ці поверхні під мікроскопом. Вони знайшли, що якщо піддати зразки дії напруг, що перевищують певну межу, то на поверхні деяких з кристалів після закінчення часу з'являються смуги ковзання. При збільшенні числа циклів деякі з цих смуг як би розширюються, після чого за однією з таких розширені смуг починає виникати тріщина. Було висловлено припущення, що напруги, що тягнуть за собою появу смуг ковзання, лежать за межами безпечної амплітуди. Якщо продовжувати далі циклі...
