Исследования усталостных повреждений металла

Параллельно с исследованиями изменений механических характеристик металла проводили исследование влияния длительной эксплуатации на его выносливость. С этой целью из напряженных зон тех же элементов были изготовлены образцы в виде полос 800X80X12 мм таким образом, чтобы в них оказалось заклепочное отверстие, в котором находилась соединительная заклепка. Кроме этого отверстия, сверлили два новых того же диаметра. Таким образом, па образце имелись три одинаковых концентратора напряжений с той лишь разницей, что около старого заклепочного отверстия металл в зонах концентрации напряжений в течение всего срока эксплуатации работал при более высоких напряжениях, чем около новых отверстий. Образцы (4 серии по 68 образцов) испытывали на пульсаторе с частотой пульсации 600 цикловмин при коэффициенте асимметрии р = 0,1-=-0,2. Испытание образца при заданном режиме проводили до разрушения в сечениях по всем трем отверстиям или пока суммарное число циклов не достигнет 2 млн. В результате обработки данных испытаний получен предел выносливости при р=0,2 по сечениям со старыми отверстиями 142,0 МПа при коэффициенте корреляции г=0,99, а по сечениям с новыми отверстиями 146,0 МПа при г==0,87. Таким образом, предел выносливости образцов по сечениям со старыми отверстиями оказался всего на 4 МПа ниже предела выносливости по сечениям с новыми отверстиями, что свидетельствует о весьма незначительном различии в накоплении усталостных повреждений в зонах концентрации напряжений около отверстий, заполненных соединительными заклепками, по сравнению с зонами без концентраторов напряжений при рассмотренном режиме эксплуатации.

Иная картина накопления усталостных повреждений наблюдается в зонах около заклепочных отверстий на участках прикрепления раскосов к узловым фасонкам. Концентрация напряжений около них вследствие передачи усилия через заклепки значительно выше, чем около отверстий, заполненных соединительными заклепками. Из-за ограниченности размеров участка прикрепления раскоса к фасонке и различия в напряженных состояниях около заклепочных отверстий в зонах прикрепления раскоса изготовить серии одинаковых образцов для типовых испытаний на выносливость не удалось. Поэтому из каждой ветви раскоса на участке его прикрепления к фасонке двусрезными заклепками вырезали по два плоских образца с сохранением в них заклепочных отверстий. Испытывали эти образцы при уровне максимальных напряжений 130140 МПа и р=0,2, т. е. несколько ниже пределов выносливости, полученных при испытании образцов, изготовленных из этих же раскосов. Долговечность образцов при этом режиме колебалась в пределах от 10 тыс. до 1,15 млн. циклов, а наименьшая долговечность отмечалась но сечениям заклепочных отверстий, в которых располагались заклепки первого ряда (счет рядов от середины раскоса).

  Большее различие в уровнях накопленных повреждений в различных зонах получено в раскосах пролетного строения из литого железа другого моста, по которому прошло около-600 тыс. поездов в течение 60 лет. В отдельных раскосах этого пролетного строения, прикрепленных односрезными заклепками, были обнаружены усталостные трещины с началом развития от заклепочных отверстий первого ряда прикрепления к фасонке. Из средней части этих раскосов были изготовлены плоские образцы сечением 80ХЮ мм, в которых перед испытаниями просверлили отверстия диаметром 23 мм. Предел выносливости этих образцов на базе 2 млн. циклов составляет 140147,5 МПа, т. е. мало отличается от предела выносливости для соответствующих участков раскосов первого моста. Для сравнения были испытаны на выносливость аналогичные образцы из современной малоуглеродистой стали марки СтЗ с ств = 457 МПа, сгт = 295 МПа и е=26,5%. Для них предел выносливости на базе 2 млн. циклов при р=0,2 получен равным 142 МПа, что весьма близко к пределам выносливости образцов, изготовленных из средних участков.

вернуться в раздел