1. Na czym polega i czemu służy wykres Wohlera?

Eksperyment Wohlera, to wykres zmęczeniowy Wohlera, który przedstawia zależności pomiędzy wartością naprężeń niszczących próbkę danego materiału i ilością cykli zmian obciążenia tej próbki. Wykres ten buduje się na podstawie wyników otrzymanych z próby zmęczeniowej materiału- na osi y zaznacza się maksymalne naprężenie, przy którym próbka uległa zniszczeniu, a na osi x- liczbę cykli N, po których nastąpiło zniszczenie próbki. Gdy próbka ulegnie zniszczeniu, mamy bezpośrednio określoną wartość ograniczonej wytrzymałości zmęczeniowej. W przypadku, gdy próbka nie ulegnie zniszczeniu pomimo przekroczenia Ng świadczy to o tym, że wytrzymałość zmęczeniowa leży przy wyższych wartościach σm i σa niż te, które zastosowano w próbie. Wykres Wohlera służy zatem do wyznaczania wytrzymałości zmęczeniowej.

1. Rodzaje naprężeń zmiennych w czasie:

• Naprężenia zmęczeniowe jednostronne (Zj)- to taki cykl naprężeń, w którym σmax i σmin mają ten sam znak. Kiedy w cyklu tym σmax lub σmin= 0, wówczas nazywa się go cyklem tętniącym.

• Naprężenie zmęczeniowe obustronne- cykl naprężeń, w którym σmax i σmin mają różne znaki. Kiedy w cyklu obustronnym naprężenia średnie będą równe zeru, wówczas nazywa się go wahadłowym.

cykl jednostronny dodatni i ujemny cykl tętniący dodatni i ujemni cykl obustronny cykl wahadłowy

1. Wytrzymałość zmęczeniowa wysoko, a niskocyklowa.

-Wytrzymałość zmęczeniowa materiału niskocyklowa występuje wtedy, gdy próbka ulega zniszczeniu przy liczbie cykli naprężeń dążącej do nieskończoności. Pękanie występuje przy wysokich naprężeniach i odkształceniach plastycznych. Wykorzystuje się ją w przemyśle lotniczym w celu optymalizacji masowo- energetycznej.

-Wytrzymałość zmęczeniowa materiału wysokocyklowa nie zależy od liczby cykli naprężeń. Pękanie następuje przy niższych naprężeniach w przedziale większej liczby cykli przy zanikających odkształceniach plastycznych. Związana jest ona typowo z przemysłem maszynowym.

1. Budowa uproszczonego wykresu Smitha. (dane: Zj, Zₒ, Re)

• Rysujemy osie σmax i σm i zaznaczamy dane: Zj, 0,5Zj, Zₒ i Re oraz punkty: A, B, C

• Rysujemy oś przerywaną pod kątem 45° od przecięcia osi

• Zaznaczamy punkty G (przecięcie osi i Re) i D (na tej samej wysokości co punkt C)

• Rysujemy prostą przechodzącą przez punkty A i D (wyznaczamy F, które jest na wysokości G) oraz równoległą do niej przechodzącą przez punkt C (wyznaczamy punkt H, który jest w tym samym położeniu co punkt F)

• Zaznaczamy punkt H, F, a kolejnie E; zaznaczamy Rm

1. Czynniki wpływające na zmianę wytrzymałości zmęczeniowej

1. Czynniki ilościowe:

-karb (gwałtowna zmiana kształtu)

- stan powierzchni obróbce (karb w skali mikro)

- wpływ wielkości przedmiotu

-wpływ spiętrzenia naprężenia

-wpływ wrażliwości materiału na działanie karbu

-kształt przedmiotu

1. Czynniki jakościowe:

-obróbki- ulepszanie warstwy wierzchniej (cieplne- hartowanie, chemiczne- nawęglanie, azotowanie, mechaniczne- nagniatanie, elektrolityczne nakładanie warstwy- warstwa cynkowa, niklowanie)

-korozja (szczególnie w środowisku aktywnym)

-wzrost temperatury

1. Wpływ karbu na wytrzymałość zmęczeniową.

Koncentracją naprężeń nazywa się lokalne zwiększenie wartości naprężeń spowodowane przez nagłe zmiany przekroju części oraz rysy powierzchniowe, nacięcia, korozję itd. (ogólnie są to karby). Rozkład naprężeń w obszarze karbu zależy od jego kształtu, wymiarów, wielkości osadzenia itd. Największe naprężenia występują na dnie karbu.

• Wpływ kształtu karbu uwzględnia się, wprowadzając współczynnik kształtu α_k stanowiący relację pomiędzy naprężeniami i niezależny od rodzaju materiału, a jedynie od geometrii karbu. Wartość α_k zawiera się najczęściej w granicach 1-3 w zależności od ilorazu promienia ρ na dnie karbu i mniejszego (r= d/2) wymiaru przy karbie oraz ilorazu większego (R=D/2) i mniejszego r wymiaru przy karbie.

$\alpha_{k} = \frac{\sigma_{\max}}{\sigma_{n}} \geq 1$, $\alpha_{k} = (\frac{\rho}{r},\ \frac{R}{r})$,

• Rzeczywisty wpływ działania karbu na wytrzymałość zmęczeniową (obowiązujący nie nie tylko dla ciała doskonale sprężystego) jest wyrażony przez współczynnik działania karbu β_k. Określa on wielkość obniżenia wytrzymałości zmęczeniowej na skutek działania karbu i jest ustalony ze stosunku wytrzymałości zmęczeniowej próbki gładkiej Z do wytrzymałości zmęczeniowej próbki z karbem Zk.

$\beta_{k} = \frac{Z}{Z_{k}} \geq 1$,

• Wpływ wrażliwości materiału na działanie karbu. Współczynnik karbu β_k zależy od właściwości materiału, dlatego wprowadzono ten współczynnik.

(materiał niewrażliwy na działanie karbu) 0 ≤  η_k ≤ 1 (mat. bardzo wrażliwy)

$$\eta_{k} = \frac{\beta_{k} - 1}{\alpha_{k} - 1}$$

• Stan powierzchni również wpływa na wytrzymałość zmęczeniową, a w przypadku obróbki skrawaniem- chropowatość powierzchni, ponieważ ślady po obróbce tworzą mikrokarby. Wpływ ten uwzględnia się w postaci współczynnika stanu powierzchni β_p. Stosując różne sposoby ulepszania powierzchniowego można uzyskać poprawę stanu powierzchni, wpływającą na zmniejszenie tego współczynnika.

• Wpływ działania karbu i mikrokarbów uwzględnia się łącznie w postaci współczynnika spiętrzenia naprężeń β.

β =  β_p + β_k − 1

• Karby szeregowe- odciążające polepszają wytrzymałość zmęczeniową (ustawione są równolegle do linii działania obciążenia).

• Karby równoległe- dociążające pogarszają wytrzymałość zmęczeniową elementu (usytuowane prostopadle do linii działania obciążenia)

1. Współczynniki bezpieczeństwa:

1. Rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa σ wprowadza się do obliczeń sprawdzających, ponieważ założenia przyjęte przy projektowaniu decydujące o wytrzymałości zmęczeniowej elementów mogą różnić się od warunków występujących w czasie pracy. Współczynnik ten wskazuje jednak na możliwe odchylenia od przeanalizowanych i przyjętych założeń obliczeniowych. W budowie maszyn, wartość współczynnika σ przyjmuje się najczęściej w przedziale 1,3-2,5

$\mathrm{\delta = \ }\frac{Z}{\text{σz}_{\max}}$= $\frac{Z_{0}}{\sigma_{\text{za}}}$= $\frac{Z_{0}}{\text{β\ γ\ }\sigma_{a}}$

1. Ogólny współczynnik bezpieczeństwa wprowadza się na etapie obliczeń wstępnych, ponieważ z reguły nie jest możliwe dokładne określenie wszystkich możliwych obciążeń konstrukcji. Ustalenie jego wartości umożliwia określenie możliwie optymalnych wartości naprężeń dopuszczalnych przy obciążeniach zmiennych. Przyjmuje wartości: 2,5-5.

$X_{z}\mathrm{= \ }\frac{Z}{\sigma_{\max}}$= $\frac{Z_{0}}{\sigma_{a} + \sigma_{m}}$

1. Rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa dla modelu rozwoju naprężeń κ=const.

1. Rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa dla modelu rozwoju naprężeń m=const.