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Carico su fatica con intaglio

Senza intaglio

La curva è quindi una interpolazione di punti, uniti ai carichi.

Ma come determino la curva σ/N?

Faccio ruotare il provino e lo carico 2 modi.

  • Da una sola estremità
  • Da 2 estremità

Trave a sbalzo!

Da prove come questa trovo la tensione media!

σmedia = σmax + σmin / 2

Contiamo su fatica

Sotto intaglio

Con intaglio la curva è quindi una interpolazione di punti, uniti al continuo.

Ma come determino la curva σ/N?

Faccio ruotare il provino e lo carico 2 modi.

  • Da una sola estremità
  • Da 2 estremità

Trave a sbalzo.

Da prove come questa trovo la tensione media!

σmedia = (σmax + σmin) / 2

Altri test per la fatica

Posso fare anche altri test per la fatica:

Non qua consideriamo i dati provenienti da una prova di flessione rotante!

The main experimental standard conditions of Wöhler or S-N diagrams are:

  • Rotating bending
  • No average stress (σm = 0, corresponding to R = -1)
  • Specimen with circular cross section
  • Specimen diameter about 10 mm
  • Specimen surface polished

Ma la prova di fatica è molto dispersiva, un po’ si usa questo grafico S-N-P ossia introduce la probabilità.

E per determinare il limite di fatica di un materiale e la % di successi o rotture si usa questo metodo:

M8 screws (Rm = 400 MPa)

Step, d = 10 MPa

x = failure o = run-out N = 5 x 106

N = 7 A = 9 B = 15

σN(50%) = σ0 + d NB - > 0.3 s = 1.62d Otherwise s = 0.53 d

σN(10%) = σN(50%) - 1.28·s σN(90%) = σN(50%) + 1.28·s

σD-1 Fatigue limit (of the material) in standard conditions with a 50% probability of failure (B50)

Characterization of the materials fatigue limit requires a huge experimental effort a relation between static strength and fatigue limit it is helpful in order to have an estimation of the fatigue strength.

Criteri per DR e limite fatica

Vediamo ora dei criteri per DR e limite fatica:

Bach criterion

σD-1 = 0.5Rm (R = -1 σmin = -σmax)

σD-1 = 0.3Rm (R = 0 σmin = 0)

Fuchs criterion (1)

σD-1 = 0.5Rm (Rm < 1400 MPa)

σD-1 = 700 MPa (Rm ≥ 1400 MPa)

Ghisa

Cast iron σD-1 = 0.4 Rm → ottenuti da esperimenti.

Dopo schie vanno fatte delle approssimazioni, tipo:

Ginocchio → curva

F: σF è lo sforzo di prova trattivo → σu = 0.9Rm

G: σG → σD ⇒ limite fatica

NG → ND rottura

Nσb = B i.e. log(N) = log(B) - k log(σI)

k = frac{log(Nσ) - log(Nr)}{log(σf) - log(σD)} log(B) = log(Nσ) + frac{log(Nf) - log(Nr)}{log(σf) - log(σD)} log(σD)

σσ = ANb i.e. log(σσ) = b log(A) + b log(N)

b = frac{log(σf) - log(σD)}{log(Nf) - log(Nr)} - frac{1}{k} log(A) = log(σσ) - frac{log(σD) - log(στ)}{log(ND) - log(Nr)} log(Nσ)

→ esprimere curva con “i”

→ esprimere curva con “b”

σa steel σm 0 a = 60,000 psi

S-N diagram for two average stresses (σm=0, σm=400 MPa). The fatigue strength clearly decrease when the tension average stress is applied. An opposite behaviour, increasing of fatigue strength can be found if a compression stress is applied.

σa Experimental results

N constant

N = 2 × 106 for steels

Goodman line

Goodman line, σD Rm σm

Strength verification:

Limit line equation:

σa σm

-------- + ------ ≤ 1

σD-1 Rm

σD σm

-------- + ------ = 1

σD-1 Rm

⇒ σD = σD-1 - σm ----- σD-1 ------------ Rm σa

Ss Yield (Langer) line

Su Gerber line

Load line, slope r = S u/Ss

Modified Goodman line

Soderberg line

ASME-elliptic line

0 Sst

Midrange stress σm

Haigh diagram drawing during the exam=> altri diagrammi

Fattori relativi al componente e alle condizioni di servizio

Factors related to the component:

  • Size, CS
  • Notches, Kf
  • Surface finish, CF
  • Surface treatments (mechanical, thermal or chemical, coatings...)

Factors related to service conditions:

  • Loading mode, CL
  • Reliability, CR
  • Temperature
  • Environment (moisture, corrosives...)

The fatigue limit of the component’s material σcD-1 will be then:

σcD-1 = σD-1(ΠCi)

With σD-1 fatigue limit of the standard specimen

1) Effetto sui carichi -> “CL

The fatigue failure comes from the stress in a process zone instead of the maximum stress like in static. This process zone include the external skin and a fraction of the internal part under the skin.

On the same component, the effective stress in the process zone is higher if the load mode is tension/compression than in stresses distribution with gradient like in bending or torsion.

σ M < σ a,efff

In plane banding CL ≍1;

In tension/compression CL ≈0.6-0.85. It can be assumed a midrange CL0.7. In some books (e.g. Shigley) is used CL=0.85.

Bending

Fatigue failure comes if σ a,eff= σ0D-1

Gradient => σ a,eff = α σfd with α<1

Fatigue failure comes if α σ a= σ0D-1 (1)

Experimentally Fatigue failure comes if σ a= σbD-1 (3)

By comparison of (1), (3) => α σbD-1 = σ0D-1

Tension/compression

Fatigue failure comes if σ a,eff= σ0D-1

No gradient => σ a,eff = σ tc

Fatigue failure comes if α σ a= σ0D-1(2)

Experimentally Fatigue failure comes if σ a= σtcD-1(4)

By comparison of (2),(4) => σ tcD-1= σ0D-1

α = CL and αK, by experiment α=0.6;0.85

σ b > σ tc

2) Effetto di scala -> “Cs

Consider two components with circular cross section having different size but stressed with a gradient stress distribution (bending or torsion). Both components are stressed with the same maximum alternating stress. At this point, assuming that the process zone p is part of total cross section where the stress is higher than a fraction (e.g. 80%) of the maximum alternating stress. The process zone:

  • Is lower in the smaller component;
  • Is higher in the bigger component;
  • Increases if the component size increase.

Assuming that the defect density as a function of the size is constant and taking in account that the majority of defect is usually localized in the neighbour of surface, there will be more defects in the component with larger process zone. It can be concluded that the solution in more probably in components higher stress. Consequently, if the size increase the fatigue strength decrease.

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I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher giovannino1958 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Costruzione di macchine e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli Studi di Bergamo o del prof Lavella Mario.
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