Tcvn …: 2013 Mục lục

Tải trọng mỏi

Phạm vi ứng suất tương ứng với số lần tuần hoàn của ứng suất cho trước trên đường cong sức bền mỏi.

Chỉ khu vực cục bộ được chỉ định đặc biệt trong kết cấu.

Một loại hình chi tiết kết cấu có một đường cong sức bền mỏi tương ứng. Một loại hình chi tiết kết cấu đã xét đến tập trung ứng suất cục bộ của chi tiết kết cấu đó, các kích thước, hình dạng, hiệu ứng hợp kim, ứng suất tàn dư, hình dạng vết nứt mỏi, công nghệ hàn và xử lý sau khi hàn có thể tồn tại tính không liên tục lớn nhất.

Tính không liên tục

Do vật liệu khiếm khuyết mà tạo thành sự không liên tục về hình học điển hình như vết nứt, vết hằn, rãnh ăn mòn, rãnh chưa nóng chảy, kẹp xỉ, lỗ khí và cắn mép v.v..., tính không liên tục tất nhiên dẫn đến ứng suất tập trung.

Phương pháp này khi tính đến tuổi thọ mỏi, lấy đường cong mỏi S - N của vật liệu làm cơ sở, và xét đến các loại điều chỉnh, dùng ứng suất danh nghĩa của kết cấu và công thức Miner tiến hành tính toán tổn thương tích luỹ. Tuổi thọ mỏi được tính bằng phương pháp ứng suất danh nghĩa bao gồm tuổi thọ nảy sinh vết nứt và phát triển vết nứt của kết cấu, dùng để phân tích mỏi chu kỳ cao (tuần hoàn N>10⁵).

1. 
   Đối với thép hình hoặc kết cấu hàn sử dụng phương pháp giá trị phạm vi ứng suất đồng mức đẳng hiệu để tiến hành đánh giá sức bền mỏi.
   

• 
  Giá trị phạm vi ứng suất đồng mức đẳng hiệu được tính theo công thức (B.2.2), những hệ số có liên quan trong công thức được xác định bởi phổ ứng suất:
  

• 
  Có thể dùng phương pháp tính toán tương tự để tính giá trị phạm vi ứng suất cắt đồng mức đẳng hiệu
  
• 
  Sức bền mỏi được xác định bởi đường cong sức bền mỏi ứng suất dương.
  
• 
  Công thức giải tích đánh giá mỏi có xét đến hệ số an toàn là công thức (B.2.3)
  

Trong đó: và là hệ số an toàn phân loại xét đến sức bền mỏi và thay đổi tải trọng độc lập, trị số của nó không được nhỏ hơn 1. Đối với phạm vi ứng suất cắt cũng được đánh giá tương tự.

2. 
   Đối với chi tiết thép đúc dùng phương pháp kết hợp giữa đường cong S - N và biểu đồ Goodman để tiến hành tính toán tuổi thọ mỏi.
   

• 
  Phổ ứng suất danh nghĩa của bộ phận nguy hiểm của cấu kiện, qui định ở điểm B.2.5.
  
• 
  Khi ở đường cong S - N (hoặc đường cong P - S - N) của kết cấu không đo trực tiếp được, có thể dựa vào đường cong S - N (hoặc P - S - N) của vật liệu liên quan đem hiệu chỉnh mà có được. Khi hiệu chỉnh phải xét đến tình trạng gia công bề mặt của vị trí nguy hiểm của kết cấu, hiệu ứng kích thước và nhân tố ứng suất tập trung.
  

• 
  Giới hạn mỏi khi tỷ lệ ứng suất R khác nhau ở tải trọng biến đổi của kết cấu có thể tìm được thông qua biểu đồ hiệu chỉnh Goodman, giới hạn mỏi đẳng hiệu được tính theo công thức (B.2.5).
  

• 
  Tuổi thọ mỏi được tính theo công thức (B.2.6), công thức (B.2.7) đặt (có thể lấy từ phổ ứng suất) thì:
  

Trong đó: Số lần tuần hoàn của mỗi Km.

Phương pháp này đối với vị trí tập trung ứng suất của kết cấu sử dụng phương pháp phân tích tính dẻo đàn hồi để xác định sự thay đổi ứng suất cục bộ và tính thêm ảnh hưởng của thứ tự tăng tải. Phương pháp thay đổi ứng suất cục bộ tính đến tuổi thọ nảy sinh vết nứt ở các vị trí tập trung ứng suất nghiêm trọng nhất của kết cấu (thông thường là ở khu vực lỗ khuyết) dùng để phân tích mỏi chu kỳ thấp (N<10⁵), cũng có thể mở rộng ra vấn đề mỏi ở chu kỳ trung và cao.

1. 
   Quá trình thay đổi ứng suất cục bộ có thể đạt được bằng các phương pháp dưới đây:
   

• 
  Phương pháp hiệu chỉnh Neuber:
  

Phương trình hiệu chỉnh Neuber được biểu đạt bởi công thức (B.2.8)

Phương trình đường cong thay đổi ứng suất tuần hoàn được thể hiện bởi công thức (B.2.9)

• 
  Phương pháp đo thử (phương pháp đo điện trở, phương pháp lớp sơn ứng suất), hoặc phương pháp phần tử hữu hạn đều có thể tìm được đường cong chỉ thị tải trọng - cảm biến (P - ) của vị trí cục bộ.
  

2. 
   Đếm tuần hoàn quá trình cảm biến cục bộ đề nghị sử dụng phương pháp đếm dòng chảy nước mưa (như phổ thứ tự nhập số liệu, thì không cần số liệu đếm từ chỗ khác).
   
3. 
   Khi tính tuổi thọ mỏi cảm biến cục bộ đề nghị sử dụng đường cong (xem ảnh hưởng của ứng suất trung bình), công thức thể hiện của nó là công thức (B.2.10):
   

4. 
   Tính toán tổn thương tích luỹ và tuổi thọ mỏi giống như ở mục B.2.3.1 và mục B.2.3.2
   

Phương pháp lực học gẫy đứt dùng để ước tính số lần tuần hoàn ứng suất của kết cấu từ vết nứt bắt đầu phát triển đến vết nứt tới hạn, tức là tuổi thọ phát triển của vết nứt mỏi.

1. 
   Phương pháp này chỉ dùng để đánh giá tuổi thọ phát triển của vết nứt mở rộng dưới tác dụng của ứng suất dương (mở rộng của vết nứt kiểu 1).
   
2. 
   Công thức thông dụng tính toán phát triển ổn định của vết nứt (công thức Paris) là công thức (B.2.11):
   

Số lần tuần hoàn N để từ kích thước vết nứt ban đầu phát triển đến vết nứt tới hạn có thể tính toán theo công thức (B.2.12) (Trị số biến thiên tốc độ phát triển của vết nứt nhỏ hơn lấy bằng không).

3. 
   A và z trong công thức (B.2.11) trong phạm vi vật liệu, môi trường, chiều dày của tấm thép và tốc độ phát triển vết nứt đã cho trước mới có thể là hằng số. Những trị số của hằng số này có thể đo được trong những thử nghiệm liên quan.
   
4. 
   Khi kết cấu tồn tại tính không liên tục, kích thước không liên tục này được qui định là kích thước vết nứt ban đầu .
   
5. 
   Kích thước vết nứt tới hạn phải dựa vào trạng thái giới hạn như kết cấu bị gẫy, mặt cắt tĩnh bị chảy để xác định, cũng có thể dựa vào kích thước giới hạn loại bỏ do nứt của các bộ phận toa xe để xác định.
   
6. 
   Khi đánh giá tuổi thọ của vết nứt ngắn (nhỏ hơn 1mm), đặc biệt là trong khu vực hạt tinh thể to khác thường (> 0,1mm) vẫn sử dụng định luật phát triển vết nứt phía trên để tính toán thì sai số sẽ tương đối lớn, trường hợp này phải xem xét cẩn thận.
   

• 
  Khi ứng suất dương và ứng suất cắt ở cùng một vị trí, sinh ra cùng một lúc phải tính toán ứng suất chủ;
  
• 
  Khi ứng suất dương và ứng suất cắt ở cùng một vị trí nhưng không sinh ra cùng một lúc, phải dựa vào nguyên tắc Miner, tính theo công thức (B.2.13)
  

• 
  Dựa vào phương pháp sức bền tĩnh xác định kích thước sơ bộ của chi tiết, tính toán kiểm tra sức bền mỏi ở vị trí nguy hiểm hoặc mặt cắt nguy hiểm, hệ số an toàn sức bền mỏi n tính được phải lớn hơn hoặc bằng hệ số an toàn cho phép của nó , tức là ;
  
• 
  Ước tính tuổi thọ mỏi của chi tiết để thoả mãn yêu cầu kỳ hạn sử dụng.
  

1. 
   Hệ số an toàn sức bền mỏi được tính theo công thức trong sổ tay thiết kế cơ khí.
   
2. 
   Trong tính toán thiết kế sức bền mỏi thông thường, hệ số an toàn sức bền mỏi cho phép giới thiệu dùng các số liệu sau:
   

• 
  Khi vật liệu đều, tính toán tải trọng và ứng suất chính xác,
  
• 
  Khi độ đều đặn của vật liệu, độ chính xác của tính toán tải trọng và ứng suất trung bình 
  
• 
  Khi vật liệu không đều, độ chính xác tính toán kém, 
  

3. 
   Khi số lần tuần hoàn ứng suất của chi tiết chịu lực, có thể thiết kế theo tuổi thọ hữu hạn.