Расчеты технические в CAE-системах. Усталостная прочность конструкций

Часть 1 Введение.

Нельзя порвать руками двухмиллиметровую (в диаметре) стальную проволоку

и сломать её не получится, изогнув.
Однако, её легко разрушить, многократно перегибая в разные стороны на ограниченном участке.
Происходит это из-за неидеальности материала:
на микроуровне он неоднороден и неизотропен – состоит из множества кристаллов («зёрен»), что приводит к неравномерности распределения усилий внутри материала Местные всплески напряжений деформируют и разрушают отдельные зёрна. После снятия нагрузки возникают остаточные напряжения – деформированные зёрна расталкивают соседей, деформируя и разрушая их. При многократных нагружениях эти микроразрушения накапливаются, возникают микротрещины. Микротрещины сливаются, растут, возникают трещины, длина которых уже сопоставима с размерами детали и, в конце концов, конструкция разламывается на части.
Процесс накопления необратимых механических изменений при действии переменной нагрузки и есть усталость.
Способность материала противостоять усталости – выносливость.
Чем бóльшие напряжения возникают в детали, тем меньшее количество циклов нагружения она выдерживает. Какое именно количество циклов выдержит деталь, зависит, прежде всего, от материала из которого она изготовлена. Для экспериментального определения характеристик выносливости материала из него изготавливают множество цилиндрических образцов Образцы подвергают нагружению симметричным циклом с различными максимальныминапряжениями. Зависимость количества циклов нагружения N, которые выдержал образец, от максимального напряжения в нём называется кривой усталостной прочности или кривой усталости или диаграммой Вёллера (см. рис. 2).