Базовая кривая усталости

Основной характеристикой сопротивления усталости материала является базовая кривая усталости, которую получают в результате испытаний на усталость образцов. Образцы и режимы их циклического нагружения выбирают таким образом, чтобы они отражали силовую конструкцию самолета и условия ее нагружения в эксплуатации. Так для панелей крыла таким образцом является полоса с отверстием (рис. 4.9). Для такого образца теоретический коэффициент концентрации α_s=2,6.

 

Рисунок 4.9

Для построения кривой усталости образцы испытывают на не менее чем трех уровнях отнулевого цикла напряжений с частотой 0,17‑5 Гц. По результатам испытаний строят график в координатах «максимальное напряжение в сечении нетто отнулевого цикла s₀ – число циклов до разрушения образца N», который называют базовой кривой усталости. Кривая усталости для плит толщиной от 20 до 40 мм из алюминиевого сплава 1163Т7 в продольном направлении приведена на рисунке 4.10а. На рисунке точками показаны долговечности до разрушения образцов N_ij на трех уровнях напряжений s_j . На каждом уровне напряжений определены средние значения долговечности N_j по формуле: , где

n_j- число испытанных образцов на j-ом уровне напряжений;

N_ij- долговечность i-ого образца на j- ом уровне напряжений;

N_j- средняя долговечность на j-ом уровне напряжений.

По средним значениям долговечности проведена аппроксимирующая степенная зависимость, которая является кривой усталости материала 1163Т7 (рис. 4.10а).

 

Рисунок 4.10

Для всех конструкционных алюминиевых сплавов в диапазоне долговечностей 10⁴‑10⁶ циклов кривая усталости может быть представлена степенной зависимостью:

, где

N- долговечность до разрушения образца;

s₀- максимальное напряжение отнулевого цикла;

m, C- константы материала.

Так как кривая усталости описывается степенной зависимостью, то ее удобно строить в логарифмических координатах «lg s₀‑lg N». В этом случае кривая усталости может быть представлена в виде прямой линии (рис. 4.10б).

Следует отметить, что результаты усталостных испытаний имеют значительный случайный разброс. Для оценки этого разброса вычисляют стандартное отклонение как корень квадратный из осредненной по уровням напряжений дисперсии логарифмов долговечностей:

 

где (s_lgN)_j – стандартное отклонение на j-м уровне напряжения;

n_j – суммарное число образцов, испытанных на j-м уровне напряжения;

k – число уровней напряжения, использованных в эксперименте.

Стандартное отклонение на j-м уровне напряжения вычисляют по формуле:

 

Для наиболее применяемых в авиационных конструкциях константы кривых усталости металлических конструкционных материалов приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2