Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССр
Расчеты и испытания на прочность
■ машиностроении.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМАХ

НАГРУЖЕНИЯ

Strength calculation and testing in machine building.
Methods oi fatigue testing under service loading,
General requirements

ОКСТУ 0025

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 июля 1985 г. № 2246 срок действия установлен
с 01.07.86 до 01.07.96
Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний на ус­талость при одноступенчатом, многоступенчатом и случайном на­гружении в многоцикловой области натурных деталей машин и элементов конструкций (далее — деталей), изготовленных нз ме­таллов и сплавов, при:
растяжении-сжатии, изгибе, крученнн и комбинированном нагружении:
наличии и отсутствии концентрации напряжений;
нормальной, повышенной и пониженной температурах;
частоте нагружения до 300 Гц;
симметричных и асимметричных циклах напряжений нли де­формаций;
наличии или отсутствии агрессивной среды.
Методы испытаний на усталость образцов металлов — по ГОСТ 25.502—79.
Методы схематизации случайных процессов нагружения эле­ментов машин и конструкций — по ГОСТ 25.101—83.
Издание официальное Перепечатка воспрещена
Термины, применяемые в настоящем стандарте, — по ГОСТ 23207—78, ГОСТ 21878—76, ГОСТ 23605--79.
Обозначения, применяемые в настоящем стандарте, приведе­ны в обязательном приложении 1.
Методика и примеры определения минимального числа испы­туемых деталей приведены в рекомендуемом приложении 2.
Методика пересчета долговечности по линейной гипотезе сум­мирования повреждений приведена в справочном приложении 3.
Характеристики рассеяния при долговечности с логарифми­чески нормальным распределением приведены в справочном при­ложении 4.
Настоящий стандарт унифицирован си стандартом ГДР ТГЛ 19355.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Целью испытаний является:
обеспечение требуемой надежности и долговечности деталей прн их минимальной металлоемкости с минимальными матери­альными и технологическими затратами для заданной Достовер­ности и выборки относительно малого объема;
установление характеристик сопротивления усталости и ран­жирование деталей по этим характеристикам;
получение исходных данных для определения показателей надежности и запасов прочности;
расчет остаточного ресурса после определенной наработки или при наличии усталостных повреждений;
опережающая проверка и обоснование конструкции детали и технологии ее изготовления до начала серийного производства;'
выборочный входной или выходной контроль ответственных деталей перед их эксплуатацией;
проведение испытаний как периодических и типовых;
обеспечение данных для аттестации качества деталей;
сравнение деталей по скорости роста в них усталостных тре­щин;
выявление зоп с пониженным сопротивлением усталости.
1.1.1. Области применения различных типов испытаний на ус­талость приведены в табл. 1.
1.2. Определяемые характеристики — по ГОСТ 25.502—79 и ГОСТ 25.504 - 82.
1.3. Испытания на усталость проводят в случае, если расчет­ные методы определения характеристик сопротивления усталости не применимы или слишком ненадежны.
1.4. Испытания деталей или их частей следует проводить до изготовления конструкции в сборе с целью сокращения времени на ее разработку.
1.5.
Таблица 1
Области применения различных типов испытаний на усталость
Пель исиьпаиия
Метод испытания
Определение предела выиослнвсспн или пре­дела ограниченной вы­носливости
А,

Определение пара­метров кривой уста­лости (Велера)
At

Оптимизация детали и технологии различ­ных конструктивных, технологических. мате­риальных и ремонтно- технических вариантов (сравнительные испы­тания)
Л,
в
с

Обнаружение слабых мест

в
с
—
Выбор материала де­тали
At
в
с

Определение значе­ний характеристик рас­сеяния
At
в
с

Определение данных для назначения разме­рен.; детали

в
с

Определение преде­ла ограниченной вы­носливости при эксплу­атационном пагру же­нин

в
с
л
Определение долго­вечности
At
в
с
д
П0СТр0ЄНИЄ кривой усталости при эксплу­атационном нагруже­нии
—і
в
с
д

Примечание. Л| — одноступенчатое испытание (испытание по Велеру); Я — блок-прогряммное испытание; С — случайное испытание с цифровым мо­делированием последовательности экстремумов; Д —случайное испытание со слсжсннсм.
1.6. Назначение размеров детали (с помощью испытаний на усталость) осуществляют в три этапа:
предварительное расчетное определение размеров;
оптимизация размеров экспериментальным путем с помощью упрощенного процесса нагружения (сравнительные испытания);
оценка усталостной долговечности детали при нагружении, максимально приближенном к эксплуатационному.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЪЕКТАМ ИСПЫТАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ

ВЫБОРКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ

2.1. Для усталостных испытаний используют летали, а также геометрически подобные конструктивные элементы (модели} уменьшенных размеров или отдельные, вырезанные из детали, части, исходя нз особенностей испытательного оборудования, за­трат времени и средств.
2.2. Требования к изготовлению деталей и моделей должны соответствовать требованиям серийного (или опытного) произ­водства.
2.3. Влияние размеров детали на предел выносливости, при отсутствии экспериментальных данных, следует определять по ГОСТ 25.504 - 82.
2.4. При испытании на усталость геометрически подобных мо­делей уменьшенных размеров или частей детали следует учиты­вать:
геометрическое влияние размеров, как следствие уменьшен­ного объема материала (статистическая доля) и увеличенного градиента напряжений (доля механических напряжений);
технологическое влияние размеров, как следствие технологи­ческой обработки материала или детали;
влияние размеров с точки зрения обработки поверхности, как следствие упрочнения поверхности и связанного с ним внутрен­него напряженного состояния и увеличения твердости поверх­ностного слоя материала.
2.5. Для построения кривых равной вероятности неразруше- иия испытывают партию деталей, объем которой определяют в зависимости от целей испытаний, заданной точности и довери­тельной вероятности оцениваемого параметра, в соответствии с требованиями ГОСТ 25.502—79.
2.6. Минимально необходимое число деталей определяют по номограмме, приведенной на чертеже рекомендуемого приложе­ния 2.
2.7. Методика и примеры определения минимального числа испытуемых деталей для оценки среднего ресурса приведены в рекомендуемом приложении 2.

3. АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННОМ ПОГРУЖЕННОСТИ

3.1. Характеристик» нагружения
Эксплуатационное нагружение может быть охарактеризовано: характером нагружения (случайное, детерминированное од­но- или многоступенчатое, квазистатическое, колебательное, ударное);
числом наложенных многоосных составляющих л отношения* мн между ними (при случайном нагружении — коррелирован­ные или некоррелированные; при детерминированном нагруже­нии — различные или одинаковые частоты, со сдвигом или без сдвига фаз);
регулированием усилия, перемещения, деформации или уско­
рения;
частотой;
параметрами окружающей среды (температурой, давлением, коррозией трения);
видом нагружения (растяжение сжатие, изгиб, кручение, сдвиг);
асимметрией нагружения (знакопеременный или знакопосто­янный цикл напряжений);
формой спектра (распределения) нагрузок (узкополосный или широкополосный).
Характеристики однопараметрического спектра нагружения с постоянным средним значением цикла напряжений приведены на черт, I.
3.2. Стандартные спектры нагружения
3.2.1. Fcjjh испытания на усталость проводят ис с действи­тельным спектром или действительной последовательностью экст­ремумов (на стадии проекта, при сравнительных испытаниях, при разработке документации на определение размеров, при незна­чительном отклонении действительного нагружения), то их осу­ществляют со стандартными спектрами (при испытании по блок-программе)} а также со стандартными последовательности- мн экстремумов (при случайном испытании).
3.2.2. Использование стандартных спектров илн стандартных п ос? і едо ваі ел ьн (ютей : і кст ; >ем умов да е т с л ед уют цие пр ен му ।1 lcct- ва:
лучшую сравнимость результатов испытаний;
возможность использования имеющихся результатов испыта­
ний;
возможность создания обобщающих положений для рекомен­даций по назначению размеров;
возможность проведения испытания на усталость на стадии проекта без точного знания действительного нагружения.

Характеристики однопараметрического спектра нагружения с по­стоянным средним значением цикла напряжений

При м е ч я и и е. Форму спектра описывают с помощью дополнительной функции частоты максимумов Я(Олш) и функции частоты минимумов /У(отіп).

Стандартные спектры или стандартные последовательности экстремумов применяют для постоянного или малонзменяющего- ся основного нагружения.
3.2.3. Долговечность, определенную экспериментально с помо­щью стандартного спектра нагружения допускается пересчиты­вать по линейной гипотезе суммирования повреждений (см. спра­вочное приложение 3) или другими более точными методами расчета долговечности, соответствующей реальному спектру на­гружения.

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Характер и виды реализации нагруже­ния
4.1.1. Испытания на усталость в зависимости от формы спект­ра нагружения и вида его реализация в соответствии с черт. 2 проводят как:
одноступенчатые (испытания по Велеру);
многоступенчатые (испытания по блок-программе);

случайные (испытания при эксплуатационных нагрузках), т. е. испытания со слежением; испытания с аналоговым представле­нием процесса нагружения и испытания с цифровым представле­нием последовательности экстремумов.
4.2. Одноступенчатые испытания (испытания по Велеру)
4.2.1. Одноступенчатые испытания осуществляют с помощью циклов нагружения постоянной амплитуды и постоянного сред­него значения напряжения цикла (регулярное нагружение).
4.2.2. При сравнительных испытаниях, если применяют регу­лярное нагружение вместо нерегулярного эксплуатационного ре­жима нагружения, следует обращать внимание на правильный выбор уровня нагружения.
4.3. Многоступенчатые испытания (испыта­ния по блок-програ мме)
4.3.1. Испытания на усталость проводят с нагружениями в форме управляемых по программе одно