Выносливость при переменных режимах нагрузки

Приведенные зависимости могут быть использованы и для случая переменных режимов нагрузки. Если принять, что повреждаемость, т. е. степень снижения усталостной прочности арматуры за каждый цикл, постоянна, то можно ввести понятие эквивалентного числа циклов, под которым будем понимать число циклов при режиме, за которое арматура получает такую же повреждаемость, как за число циклов при режиме.

В действительности, как показывает ряд исследований, повреждаемость за каждый цикл не одинакова и зависит от уровня напряжений, асимметрии цикла, характера и последовательности изменения напряжений, свойств металла. В ряде исследований установлено, что при напряжениях, превышающих предел выносливости, накопление усталостных нарушений, характеризуемое рассеянием энергии в материале за цикл нагружения, растет вплоть до разрушения, причем тем больше, чем выше напряжение.

С.В. Серенсон указывает на целый ряд способов описания этого процесса при нестационарных режимах нагрузки. Все они сложны и требуют введения эмпирических коэффициентов. Для практических целей находит применение идея линейного суммирования накопления усталостного повреждения. Так, она использована для расчета долговечности подшипников качения в поршневых двигателях. Этот метод применяется и для расчета конструкций самолетов. На основании этой же теории получена зависимость для расчета на выносливость при нестационарных режимах. Недостатком метода являются большая сложность и введение ряда эмпирических коэффициентов. Кроме того, в расчете участвуют как циклы с напряжениями выше предела выносливости (перегрузочные), так и циклы с напряжениями ниже предела выносливости (недогрузочные), причем, естественно, нарушения, полученные на каждом из них, суммируются. Линии выносливости на диаграмме при различных р приняты параллельными.

Отмечая сложный характер процесса накопления усталостных повреждений при нестационарных режимах, С. В. Серенсен приводит вместе с тем результаты исследований, показывающие, что при многократном изменении напряжений между двумя уровнями, т. е. при достаточно большом (более 10-15) числе чередующихся «ступенек» - режимов, накопление повреждений может быть принято по линейному закону.

Учитывая, что гидротехнические сооружения характеризуются значительной длительностью действия и относительным постоянством переменных силовых факторов, сочетание которых может быть сведено к ограниченному числу отличающихся друг от друга режимов, для них может быть принят линейный закон накопления усталостных повреждений.