Введение

Максимальное напряжение, не вызывающее усталостное разрушение.

Предел выносливости – это уровень напряжения, ниже которого к материалу можно приложить бесконечное число циклов нагружения без возникновения усталостного разрушения. Некоторые металлы, такие как железосодержащие и титановые сплавы, имеют чёткий предел, в то время как другие, например, алюминий и медь, не имеют его и в конечном итоге разрушатся даже при небольших амплитудах напряжения. Для материалов, не имеющих чёткого предела, используются термины "предел прочности при усталости" или "усталостная прочность", которые определяются как максимальное значение напряжения при обратном изгибе, которое материал может выдержать в течение заданного числа циклов без усталостного разрушения.

Определения

В ASTM прочность на усталость определяется как «значение напряжения, при котором происходит разрушение после N циклов», а предел усталости – как «предельное значение напряжения, при котором происходит разрушение при очень большом N». ASTM не определяет предел выносливости, значение напряжения, ниже которого материал выдерживает большое количество циклов нагружения.

Некоторые авторы используют предел выносливости, σ<sub>e</sub>, для обозначения напряжения, ниже которого разрушение не происходит даже при неограниченно большом количестве циклов нагружения, как, например, в случае со сталью; и предел усталости или прочность на усталость, σ<sub>f</sub>, для напряжения, при котором происходит разрушение после заданного числа циклов нагружения, например, 500 миллионов, как в случае с алюминием. Другие авторы не проводят различий между этими терминами, даже если различают два типа материалов.

Типичные значения

Типичные значения предела текучести для сталей составляют половину предела прочности на разрыв, но не более. Для железа, алюминия и медных сплавов предел текучести обычно равен 0,4 предела прочности на разрыв. Максимальные типичные значения для чугунов составляют , для алюминиевых сплавов , а для медных сплавов . Концепция предела выносливости и, следовательно, стандарты, основанные на пределе выносливости, такие как прогнозирование ресурса подшипников качения согласно ISO 281:2007, остаётся предметом споров, по крайней мере, в США.

Изменяющие факторы предельного уровня усталости

На предел выносливости компонента машины, Se, влияет ряд факторов, называемых поправочными коэффициентами. Некоторые из этих факторов приведены ниже.

Коэффициент поверхности

Коэффициент модификации поверхности, , связан как с прочностью на растяжение, , материала, так и с качеством обработки поверхности детали машины. При этом фактор а и показатель степени b, входящие в уравнение, зависят от качества обработки поверхности.

Коэффициент градиента

Помимо учета качества поверхности, важно также учитывать фактор градиента размеров. При изгибных и крутильных нагрузках также принимается во внимание градиентный фактор.

История

Понятие предела выносливости было введено в 1870 году Августом Вёлером. Однако современные исследования показывают, что для металлических материалов предела выносливости не существует, и что при достаточном количестве циклов нагружения даже самое незначительное напряжение в конечном итоге вызовет усталостное разрушение.