«Құрылыс» Мамандығының студенттеріне арналған

МАТЕРИАЛДАРДЫҢ АЙНЫМАЛЫ-ҚАЙТАЛАНБАЛЫ КҮШКЕ

ҚАРСЫЛАСУЫ

НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕР

Машина бөлшектерінің көпшілігі қызметін атқару кезінде уақытқа тәуелді периодты түрде өзгеретін күштер әсеріне ұшырайды. Мысалы, поршеньді машинаның шатунына, корданды білікке әсер етуші күш уақытқа байланысты өзгеріп, қайталанып отырады. Жүк тиелген вагонның иілген осі айналғаңда сыртқы күштің (вагонның салмағы) шамасы мен бағыты тұрақты болғанмен, оның бойлық талшықтары бірде созылып, бірде сығылып деформацияланады.

Айнымалы-қайталанбалы күштердің әсерінен машина бөлшектерінің сынуы көлемдерінде сызаттардың пайда болып қажуына байланысты. Металдың қажу салдарынан қирап сынуы өткен ғасырдың бірінші жартысында байқалған. Француз ғалымы Понселе циклді түрде өзгеретін күштердің әсерінен болат конструкциялардың беріктігі кемитінін анықтап, "қажу" терминін енгізді.

Онтоғызыншы ғасырдың екінші жартысында темір жол транспортының қарқынды өсуіне байланысты, металдардың қажуы механика ғылымының күрделі және маңызды мәселелерінің бірі болып қалыптасты. Қажу құбылысын алғаш зерттеген ғалымдар, "айнымалы күш әсерінен материалдардың құрылымы өзгеріп, қызмет атқару қабілеті төмендейді" деп қате қорытынды жасаған. Кейін, тәжірибелік зерттеулердің нәтижесінде, материалдың қажып қирауы дененің молекулалық және кристалдық құрылымының, біртекті емесгігіне тікелей байланысты екені дәлелденеді.

Айнымалы-қайталанбалы күш әсерінен сынған машина бөлшегінің қирау қимасы екі зонадан тұрады (ХІІІ.1-сурет). Бірінші зона магистральды сызаттың өсіп, дамуы кезінде екі жағының өзара үйкелісуі салдарынан жылтыр тегіс болып келеді. Магистральды сызат өлшемінің ұлғаюына байланысты машина бөлшегінің сызат бойындағы қима ауданы (F_нетто) кішірейіп, айнымалы-кайталанбалы сыртқы күшке қарсыласу қабілеті төмендей береді. Белгілі бір мерзімнен кейін магистральды сызаттың өлшемі кризистік шамаға жетіп, машина бөлшегі морт сынып екіге бөлінеді. Морт сынғанда пайда болған екінші зона кедір-бұдырлы болады.

Конструкциялық материалдар біртекті емес, олардың ішкі құрылымында кездесетін кристалл торларының ақаулары, механикалық өндеу кезіңде беттеріне түскен кішігірім дақтар, сызаттардың пайда болып өсіп дамуына себепкер болады.

Сызатаррдың пайда болып, көбейіп, өсіп дамуы салдарынан машина бөлшектерінің беріктігінің кемуі — оның қажуы деп, ал қирауы — қажып қирау деп аталады. Сызаттар материалдардың қирауына себепкер екені, ал тік кернеу сызаттардың өсіп даму жылдамдығын арттыратыны теориялық және тәжірибелік зерттеулермен дәлелденген.

Жалпы жағдайда, машина бөлшегіне әсер етуші күштер әр түрлі заңдылықтармен өзгеруі мүмкін. Бұл тарауда күштер периодты түрде өзгеріп, қайталанып тұрады деп қарастырылған. Бір период (Т) аралығындағы кернеудің өзгеру шамаларының жинағын цикл деп атайды (ХІІІ.2, а-сурет).

Кернеудің өзгеру заңдылығының қажу беріктігіне әсері әлі толық зерттеліп бітпеген. Дегенмен, бұл әсердің мардымсыз екені, ал шешуші факторлар циклдің ең үлкен және ең кіші мәндері мен олардың қатынастары екені тәжірибе жүзінде дәлелденген. Кернеу циклі келесі шамалармен сипатталады (ХІІІ.2, а-сурет).

1. Орташа кернеу