ГОСТ 25.504-82

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Расчеты и испытания на прочность МЕТОДЫ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ Strength calculation and testing. Methods of fatigue strength behaviour calculation

ГОСТ 25.504-82

Дата введения 01.07.83

Настоящий стандарт устанавливает методы расчета следующих характеристик сопротивления усталости деталей машин и элементов конструкций, изготовленных из сталей, в много- и малоцикловой упругой и упругопластической области:

- медианных значений пределов выносливости на базе 10⁷ циклов;

- пределов выносливости для заданной вероятности разрушения на базе 10⁷ циклов;

- коэффициента вариации пределов выносливости;

- показателя наклона левой ветви кривой усталости в двойных логарифмических координатах;

- абсциссы точки перелома кривой усталости;

- коэффициента чувствительности к асимметрии цикла напряжений;

- предельных амплитуд при асимметричных циклах нагружения;

- параметров уравнения кривой малоцикловой усталости (в пределах до 10⁵ циклов) при:

растяжении - сжатии, изгибе и кручении,

симметричных и асимметричных циклах напряжений или деформаций, изменяющихся по простому периодическому закону с постоянными параметрами,

абсолютных размерах поперечного сечения детали до 300 мм,

наличии и отсутствии концентрации напряжений,

температуре от минус 40 °С до плюс 100 °С,

наличии и отсутствии агрессивной среды,

частоте нагружения в пределах 1 - 300 Гц.

Стандарт не распространяется на методы расчета характеристик сопротивления усталости сварных конструкций и их элементов.

Область применения стандарта ограничивается случаями, для которых в тексте стандарта и приложений имеются все исходные и справочные данные.

Выбор требуемой номенклатуры характеристик сопротивления много- и малоцикловой усталости определяется в каждом конкретном случае задачами и методом расчета по действующим в отраслях нормативно-техническим документам.

Термины, определения и обозначения, применяемые в стандарте, - по ГОСТ 23207.

Обозначения, применяемые в стандарте, приведены в приложении 1.

Размерность напряжений - МПа, геометрических размеров - мм.

Настоящий стандарт унифицирован со стандартами ГДР ТГЛ 19340/03 и ТГЛ 19340/04.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ВЫНОСЛИВОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

1.1. Определение медианных значений пределов выносливости

Медианные значения пределов выносливости деталей машины в номинальных напряжениях

(соответствующие вероятности разрушения Р = 50 %) определяют с учетом коэффициента снижения предела выносливости K по формулам:

- при растяжении - сжатии или изгибе

 (1)

 

(2)

 

(3)

где

- медианное значение предела выносливости на совокупности всех плавок металла данной марки гладких лабораторных образцов диаметром d = 7,5 мм, изготовленных из заготовок диаметром d, равным абсолютному размеру рассчитываемой детали;

- медианное значение предела выносливости на совокупности всех плавок металла данной марки гладких лабораторных образцов диаметром d = 7,5 мм, изготовленных из заготовок размерами 10 - 20 мм;

K₁ - коэффициент, учитывающий снижение механических свойств металла (s_в, s_т, s_-1) с ростом размеров заготовок (п. 1.3);

- при кручении

 (4)

 

(5)

 

(6)

Медианные значения пределов выносливости деталей

,

, полученные по формулам (1) и (4) для Р = 50 %, используют для оценки пределов выносливости деталей при любой заданной вероятности разрушения (разд. 2 и 3).

Примечания:

1. При наличии коррозионных воздействий в формулы (2) и (5) вместо K_F следует подставлять значения K_кор.

2. При отсутствии экспериментальных данных ориентировочно величины

,

 допускается оценивать на основе соотношений:

 

(7)

где

- среднее значение предела прочности стали данной марки, определенное на образцах, изготовленных из заготовок диаметром d, равным абсолютному размеру рассчитываемой детали, МПа;

(8)

1.2. Определение эффективных коэффициентов концентрации напряжений K_s, K_t отношений K_s/K_ds, K_t/K_dt

1.2.1. Коэффициенты K_s, K_t и отношения K_s/K_ds, K_t/K_dt определяют по экспериментальным данным или путем расчета.

1.2.2. Определение K_s, K_t, K_s/K_ds и K_t/K_dt - по экспериментальным данным.

Коэффициенты K_s, K_t могут определяться экспериментально на геометрически подобных образцах диаметром d или толщиной h поперечного сечения не менее 40 мм, если d или h рассчитываемой детали превышают это значение. Если d или h рассчитываемой детали меньше 40 мм, то при экспериментальном определении K_s, K_t целесообразно вести испытания на натурных деталях или моделях тех же поперечных размеров.

Для ряда деталей экспериментально полученные значения K_s, K_t и K_s/K_ds, K_t/K_dtприведены в приложении 2 (черт. 1 - 7, 13 - 16).

Значения (K_s/K_ds) для валов с напрессованными деталями (при наличии коррозии трения) при изгибе представлены на черт. 1 приложения 2.

При s_в > 500 МПа и р < 30 МПа следует учитывать соответствующие поправочные коэффициенты x? и x? (черт. 2, 3) и определять значения K_s/K_ds по формуле

(10)^*

(Измененная редакция, Изм. № 1).

^* Формула 9. (Исключена, Изм. № 1).

1.2.3. Определение K_s, K_t и K_s/K_ds, K_t/K_dtметодом расчета

1.2.3.1. Коэффициенты K_s, K_t, K_dt, K_ds и отношение

в случае отсутствия прямых экспериментальных данных могут быть вычислены по формулам (при известных значениях v_s, v_t, a и

):

 

 (11)

 

 (12)

(12a)

где

- значение относительного критерия подобия усталостного разрушения для гладкого (без концентрации напряжений) образца диаметром d_гл, мм.

Определение относительного критерия подобия усталостного разрушения Q, величин v_s, v_t и функции F(Q, v) приведено в пп. 1.5 и 1.8.

1.2.3.2. Если известны только величины a_s, a_t и

, то K_s или K_t вычисляют приближенно по формулам:

 (13)

(14)

Коэффициент п вычисляют по формуле

 

(15)

или по черт. 14 приложения 2 в зависимости от значений относительного градиента напряжений

(мм^-1), вычисленного по формулам, приведенным в табл. 1, и предела текучести s_т (МПа).

Таблица 1

Деталь		Формулы для вычисления ,
		Изгиб	Растяжение-сжатие	Кручение
				-
				-
		-		-

Примечание.

.

1.2.3.3. В приближенных расчетах значения K_s и K_t вычисляют по формулам:

K_s = 1 + q(a_s - 1), (18)^*

K_t = 1 + q(a_t - 1), (19)

где значения коэффициентов чувствительности металла к концентрации напряжений q определяют по черт. 15 приложения 2.

^* Формулы 16 и 17. (Исключены, Изм. № 1).

1.3. Определение коэффициентов K₁

1.2.3.1 - 1.3. (Измененная редакция, Изм. № 1).

1.3.1. Коэффициент K₁ для легированных сталей определяют по черт. 16 приложения 2 или по формуле

для d ? 150 мм, (20)

где d = 7,5 мм - диаметр гладкого лабораторного образца;

K₁ = 0,74 для d > 150 мм.

Для углеродистых сталей K₁ = 1.

1.3.2, 1.3.3. (Исключены, Изм. № 1).

1.4. Определение теоретических коэффициентов концентрации напряжений a_s, a_t.

1.4.1. Коэффициенты a_s, a_tопределяют по теоретическим решениям или на основе измерений с помощью поляризационно-оптического метода, тензометрирования и т.п. (приложение 3, черт. 1 - 47).

1.4.2. Для определения теоретических коэффициентов концентрации напряжений в деталях, изображенных в табл. 2, могут быть использованы также номограммы, приведенные на черт. 48 и 49 приложения 3.

Примечания:

1. Пример использования номограмм для элементов с двусторонней внешней выточкой при изгибе.

Дано: r = 2,5 мм; t = 15 мм; а = 95 мм.

Находим

;

.

Как вытекает из табл. 2, для

нужно воспользоваться рядом чисел b, а для

- кривой 2. По черт. 48 от абсциссы

начинаем двигаться по вертикали вверх до пересечения с кривой 2. Затем налево проводим горизонтальную линию до пересечения с осью ординат. Точку пересечения соединяем с точкой

, находящейся на горизонтальной оси, при этом отсчет производим по ряду чисел b. Прямая касается круга, указывающего коэффициент концентрации a_s = 4,28.

2. Пример использования номограммы для элементов с внешней выточкой и осевым отверстием при изгибе.

Дано: r = 4 мм; a = 13 мм; t = 36 мм; r = 25 мм.

Находим

,

,

.

Как указано в примере 1 при

(ряд чисел b) и

(кривая 5) на черт. 48 находим a?_s = 3,60. Это будет теоретический коэффициент концентрации напряжений при большом осевом отверстии (a?_s)_r=?.

Теперь переходим к черт. 49 и смещаемся вверх по вертикали при значении

до пересечения с кривой 2, затем налево по горизонтали до пересечения с осью. Точку пересечения соединяем с прямой (a?_s)_r=? = 3,60, лежащей на другой оси. Круг, которого касается эта прямая, дает a_s = 2,08.

Таблица 2

Конструктивные случаи для определения теоретических коэффициентов концентрации a_s и a_t по номограмме (приложение 3, черт. 48, 49)

Вид выточки или надреза	Вид напряжения	Формула номинального напряжения	Ряд чисел для параметра	Кривая для параметра	Кривая для параметра
	Растяжение		b	1	-
	Изгиб		b	2
	Растяжение		b	3	-
	Изгиб		b	4
	Растяжение		b	5	-
	Изгиб		a	5
	Растяжение		b	6	-
	Изгиб		b	7
	Кручение		а	9
	Растяжение		b	5	1
	Изгиб		b	5	2
	Кручение		а	10	4
	Растяжение		b	5	5
	Изгиб		b	5	6
	Кручение		а	10	8

1.4.3. При обработке результатов на ЭВМ коэффициенты концентрации напряжений a_s для деталей, указанных на черт. 20 - 22, 27 и 28 приложения 3, вычисляют по формуле

 

(25)^*

где коэффициенты A, B, С и Z определяют по табл. 3 (а = d/2 или а = b/2), а в остальных случаях a_s определяют по формулам, приведенным на черт. 1 - 3, 6 - 11, 14 - 19 приложения 3.

^* Формулы 21 - 24. (Исключены, Изм. № 1).

Примечание. Формула (25) является приближенной и дает отклонения до 10 % - 20 % в запас прочности.

Таблица 3

Значения коэффициентов для вычисления a_s по формуле (25)

Коэффициенты	Форма образца (детали)	Двусторонний надрез (выточка)			Сту;