Gibt es einen Zusammenhang zwischen Zugfestigkeit und Haltbarkeitsgrenze für Stahl?
On Februar 1, 2021 by adminIch entwerfe eine Welle und muss ein Material auswählen.
Ich beschäftige mich also mit zyklischer Beanspruchung in meiner Maschine Ich habe einen Ausdruck für alle möglichen Spannungen erstellt und ihn mit von Mises-Kriterien für die plastische Verformung kombiniert. Er gibt mir die sogenannte Vergleichsspannung .
Diese Vergleichsspannung sollte niedriger sein als die Haltbarkeitsgrenze des Materials. Ich habe nicht die Haltbarkeitsgrenze, sondern die Zugfestigkeit. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Dauerfestigkeit und der Zugfestigkeit?
Antwort
Ja, bis zu einem gewissen Grad.
Die Dauerfestigkeit wird normalerweise als Bruchteil der Streckgrenze ausgedrückt, und für Stahl beträgt ein typischer Wert 1/2 (50%). Dies ist sicherlich eine vernünftige Annahme für übliche niedriglegierte Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, dh die Art von Stählen, die Sie vernünftigerweise für eine Welle auswählen könnten.
Tatsächlich ist der Sicherheitsfaktor, den Sie zur Berücksichtigung der dynamischen Belastung verwenden, für viele praktische Zwecke ohnehin ähnlich oder größer als dieser, sodass er bei Stahl häufig kein begrenzender Faktor ist.
Ebenso können Sie für hochleistungsfähige, hochoptimierte Konstruktionen die Belastbarkeit nicht als absolute Einschränkung betrachten und nur das Teil mit einer Ermüdungslebensdauer konstruieren.
Und für wirklich kritische Teile, die Sie weiterleiten, müssen Sie die sehr detaillierten berücksichtigen Design in Bezug auf Oberflächenbeschaffenheit, Oberflächenbehandlungen und Herstellungsprozesse sowie Dinge wie Mindestradien bei der Berechnung der Ermüdungslebensdauer, für die Koeffiziententabellen existieren.
Im Allgemeinen ist die Optimierung des Konstruktionsdesigns ein Prozess, der zunehmend zunimmt Zuversichtlich über die tatsächlichen Belastungen der realen Welt, die ein Teil sehen wird, ein Prozess, der stark von sinkenden Renditen abhängig ist, und für allgemeine Zwecke ist es oft ein Fall, einen vernünftigen und pragmatischen Sicherheitsfaktor auszuwählen, auf den Sie sich verlassen können.
Antwort auf Kommentar von OP
Es ist meist empirisch. Die Schwierigkeit bei Müdigkeit besteht darin, dass sie stark von lokalen Stresssteigerern abhängt. Als Schüttgut ist Stahl nicht sehr anfällig für Ermüdung, aber Sie können leicht lokale Spannungskonzentrationen erhalten, z. B. um einen Oberflächendefekt an der falschen Stelle, die die Streckgrenze des Materials und die daraus resultierende Kaltverfestigung über mehrere Zyklen überschreiten.
Dies ist nicht genau der gleiche Mechanismus wie Ermüdung in beispielsweise Aluminium, das selbst unter idealen Bedingungen eine sehr niedrige Haltbarkeitsgrenze aufweist.
Wie bei vielen In der praktischen Technik läuft es auf einen empirischen Koeffizienten hinaus, von dem bekannt ist, dass er für einen bestimmten Kontext funktioniert.
Kommentare
- Vielen Dank für die Erklärung Sie kennen vielleicht den Grund, oder sind diese Ergebnisse nur experimentell?
Antwort
per Wikipedia:
Typische Grenzwerte für Stähle sind die Hälfte der Zugfestigkeit bis maximal 290 MPa
https://en.wikipedia.org/wiki/Fatigue_limit
Gibt an, ob Sie sich darauf verlassen möchten Eine solche Faustregel hängt von Ihrer Anwendung ab.
Antwort
Ich vermute nicht, basierend auf einer bereitgestellten Tabelle hier . Es scheint, dass die Beziehung ist stark materialabhängig und nicht analytisch berechenbar.
Antwort
Stähle sind unter Metallen mit einer sehr zuverlässigen Haltbarkeitsgrenze von 1/2 der Zugfestigkeit relativ einzigartig. Gusseisen haben diese Funktion definitiv nicht. Nickel- und Kobaltlegierungen haben es vielleicht, aber es gibt nur begrenzte Daten. Ermüdungstestcoupons sind glatt ohne Spannungskonzentration; um nicht zu sagen, dass sie niemals eine Aufnahme enthalten. Ermüdungstests ergeben also den bestmöglichen Wert. Reale Komponenten haben normalerweise verschiedene Spannungskonzentratoren. Es ist die Pflicht des Herstellers, den Schweregrad dieser Spannungskonzentratoren zu bestimmen. Mit „Ausdauergrenze“ meine ich die Anzahl der Stresszyklen gegen unendlich.
Schreibe einen Kommentar