Page 28 - 6819

Тема 5. Основні закономірності втомної міцності

Зміст теми
1 Міцність при змінних напруженнях.
2 Розрахунок деталей на міцність при змінних напруженнях.
3 Вплив конструктивних і технологічних факторів на опір
втоми.

Втомне руйнування деталей бурового і окремого
нафтогазопромислового обладнання викликане дією змінних
напружень і проявляється в зародженні і розвитку тріщин, що
призводять до кінцевої раптової поломки. Біля 80 % всіх поломок
трапляються через втомленість металу. До деталей, що мають
характерне втомне руйнування, можна віднести насосні штанги,
бурильні труби, вали, зубці шестерень чи коліс, штоки бурових
насосів, колінчасті вали тощо.
Втомлюваність – це зміна стану металу в результаті
циклічного деформування (навантаження), яке призводить до
його прогресуючого руйнування. Опір характеризується межею
витривалості, тобто найбільшим напруженням, яке може
витримати метал без руйнування певну кількість циклів.
Втомленість металу залежить від стану поверхні і розмірів
взірця, напруженого стану, частоти навантаження і впливу
навколишнього середовища. Межею витривалості називається
найбільше напруження, яке не викликає руйнування при заданій
великій базі випробувань, тобто при наперед визначеній кількості
циклів зміни напружень.
Цикл напруження – це сукупність змінних значень
напружень за один період їх зміни (рис. 5.1).
Змінні напруження характеризуються наступними
складовими:
σ тах, τ max – максимальні напруження циклу;
σ min, τ min – мінімальні напруження циклу;
 max   min
σ т, τ m – середні напруження циклу  m  ;
2
 max   min
σ а, τ a – амплітудні напруження циклу   ,
а
2
r σ – коефіцієнт асиметрії,  min .
r
 
 max
При r σ = 0 цикл навантаження перетворюється в пульсуючий,
характерний для деталей і вузлів талевої системи, бурових
насосів. При r σ = -1 цикл навантаження носить назву
симетричний. Всі решта зміни напружень відносяться до

28