Основные понятия об усталостной прочности
Выше были рассмотрены основные вопросы, связанные с расчетом на прочность упругих элементов конструкций, испытывающих действие статических нагрузок. При этом всегда считалось, что прочность элементов будет обеспечена, если максимальные напряжения в их опасных сечениях не превышают предельных значений.
Однако, как установлено практикой, в случае действия на элементы конструкций нагрузок, периодически изменяющихся во времени по величине или по величине и направлению, разрушение материала происходит при напряжениях, значительно меньших предельных значений. С подобными действиями нагрузок приходится встречаться, как правило, при расчетах движущихся элементов машин и механизмов: коленчатых и торсионных валов, клапанных пружин, кривошипно-шатунных механизмов и др.
Нагрузки, вызывающие появление в поперечных сечениях периодически изменяющихся напряжений, называют циклическими нагрузками. Совокупность всех значений напряжений за время одного периода их изменения носит название цикла напряжений. Частота изменения напряжений характеризуется числом циклов в единицу времени, а продолжительность цикла во времени определяет период цикла.
Характер разрушения материала от воздействия на него циклических нагрузок существенно отличается от характера разрушения при статических нагрузках. Разрушение начинается обычно с образования микротрещин, которые прогрессивно развиваются вглубь материала, уменьшая тем самым площадь поперечного сечения детали. Разрушение всегда происходит внезапно, после того как площадь сечения сократится настолько, что не может выдержать заданной нагрузки. На поверхности излома всегда можно видеть две характерные зоны: зону постепенного разрушения от развития трещин (с гладкой поверхностью) и зону внезапного разрушения (имеющую вид крупнозернистого хрупкого излома).
Явление разрушения материала от действия переменных напряжений называют усталостью материала. Способность материала воспринимать многократное действие переменных напряжений без разрушения носит название выносливости, или циклической прочности.
Максимальные переменные напряжения, при которых материал способен сопротивляться, не разрушаясь, при любом произвольно большом числе циклов нагружения, называют пределом выносливости.
Законы изменения переменных напряжений могут быть самыми разнообразными, но наибольший интерес представляет случай изменения их во времени по синусоидальному закону.
Основными параметрами цикла (рис. 2.65) являются: наибольшее 
и наименьшее 
(в алгебраическом смысле) напряжения цикла;
среднее напряжение
амплитуда цикла
коэффициент асимметрии цикла
Из приведенных выражений следует, что
Если
то имеем симметричный цикл напряжений (рис. 9,1, б), для которого
Цикл напряжений, показанный на рис. 2.65, в, называют пульсирующим (или отнулевым) циклом. Для него
Постоянное статическое напряжение (рис. 2.65, г) можно рассматривать как частный случай переменного цикла с параметрами
В отличие от симметричного, все другие знакопеременные циклы называются несимметричными (или асимметричными). На рис. 2.65, а показан несимметричный цикл напряжений.
Из рассмотренных циклов напряжений наиболее опасным является симметричный цикл, поскольку именно для него предел выносливости имеет минимальное значение.
В случае переменных касательных напряжений остаются в силе все приведенные выше термины и соотношения с заменой 
на 
.
