ГОСТ 25.504-82
Группа T59
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Расчеты и испытания на прочность
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ
Strength calculation and testing. Methods of fatigue strength behaviour calculation
МКС 19.060
ОКСТУ 0803
Дата введения 1983-07-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН Академией наук СССР, Государственным комитетом СССР по стандартам, Министерством высшего и среднего специального образования СССР, Министерством тракторного и сельскохозяйственного машиностроения
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.05.82 N 1972
3. Стандарт унифицирован со стандартами ГДР TGL 19340/03 и TGL 19340/04
4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
| Обозначение НТД, на который дана ссылка | Номер пункта, приложения |
| ГОСТ 25.502-79 | 5.4.1, 5.6.1, приложение 1 |
| ГОСТ 1497-84 | 5.4.1, 5.4.5, 5.5.1 |
| ГОСТ 23207-78 | Вводная часть |
6. Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 5-6-93)
7. ИЗДАНИЕ с Изменением N 1, утвержденным в декабре 1988 г. (ИУС 4-89)
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 10
циклов;
- пределов выносливости для заданной вероятности разрушения на базе 10 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 10
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 обязательном приложении 1.
Размерность напряжений - МПа, геометрических размеров - мм.
Настоящий стандарт унифицирован со стандартами ГДР ТГЛ 19340/03 и ТГЛ 19340/04.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ВЫНОСЛИВОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ВЫНОСЛИВОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
1.1. Определение медианных значений пределов выносливости
Медианные значения пределов выносливости деталей машин в номинальных напряжениях 
(соответствующие вероятности разрушения 
=50%) определяют с учетом коэффициента снижения предела выносливости 
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 
=7,5 мм, изготовленных из заготовок диаметром 
, равным абсолютному размеру рассчитываемой детали;
- медианное значение предела выносливости на совокупности всех плавок металла данной марки гладких лабораторных образцов диаметром =7,5 мм, изготовленных из заготовок размерами 10-20 мм;
- коэффициент, учитывающий снижение механических свойств металла (
, 
, 
) с ростом размеров заготовок (п.1.3)
- при кручении:
, (4)
; (5)
. (6)
Медианные значения пределов выносливости деталей 
, 
, полученные по формулам (1) и (4) для =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 
следует подставлять значения 
.
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 , равным абсолютному размеру рассчитываемой детали, МПа;
. (8)
1.2. Определение эффективных коэффициентов концентрации напряжений 
, 
и отношений 
, 
1.2.1. Коэффициенты , и отношения 
, 
определяют по экспериментальным данным или путем расчета.
1.2.2. Определение , , 
и 
по экспериментальным данным.
Коэффициенты , могут определяться экспериментально на геометрически подобных образцах диаметром или толщиной 
поперечного сечения не менее 40 мм, если или рассчитываемой детали превышают это значение. Если или рассчитываемой детали меньше 40 мм, то при экспериментальном определении , целесообразно вести испытания на натурных деталях или моделях тех же поперечных размеров.
Для ряда деталей экспериментально полученные значения , и 
, 
приведены в приложении 2 (черт.1-7, 13-16).
Значения 
для валов с напрессованными деталями (при наличии коррозии трения) при изгибе представлены на черт.1 приложения 2.
При 
>500 МПа и 
<30 МПа следует учитывать соответствующие поправочные коэффициенты 
и 
(черт.2, 3) и определять значения 
по формуле
, 
. (10)*
____________________
* Формула 9. (Исключена, Изм. N 1).
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.2.3. Определение , и 
, 
методом расчета
1.2.3.1. Коэффициенты , , 
, 
и отношение 
в случае отсутствия прямых экспериментальных данных могут быть вычислены по формулам (при известных значениях 
, 
, 
и 
):
; 
, (11)
,
(12)
,
,
(12а)
,
где 
- значение относительного критерия подобия усталостного разрушения для гладкого (без концентрации напряжений) образца диаметром 
, мм.
Определение относительного критерия подобия усталостного разрушения 
, величин , и функции 
(, 
) приведено в пп.1.5 и 1.
8.
1.2.3.2. Если известны только величины 
, 
и 
, то или вычисляют приближенно по формулам:
; (13)
. (14)
Коэффициент 
вычисляют по формуле
(15)
или по черт.14 приложения 2 в зависимости от значений относительного градиента напряжений (мм
), вычисленного по формулам, приведенным в табл.1, и предела текучести 
(МПа).
Таблица 1
| Деталь | Формулы для вычисления | |||
| Изгиб | Растяжение-сжатие | Кручение | ||
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
|
|
|
| | - |
| - |
, 
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Примечание. 
.
1.2.3.3. В приближенных расчетах значения 
и 
вычисляют по формулам:
; (18)*
, (19)
где значения коэффициентов чувствительности металла к концентрации напряжений 
определяют по черт.15 приложения 2.
_______________
* Формулы 16 и 17. (Исключены, Изм. N 1).
1.3. Определение коэффициентов
1.2.3.1-1.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).
1.3.1. Коэффициент для легированных сталей определяют по черт.16 приложения 2 или по формуле
для 
150 мм, (20)
где 
=7,5 мм - диаметр гладкого лабораторного образца;
=0,74 для >150 мм.
Для углеродистых сталей =1.
1.3.2, 1.3.3. (Исключены, Изм. N 1).
1.4. Определение теоретических коэффициентов концентрации напряжений 
,
1.4.1. Коэффициенты , определяют 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: 
=2,5 мм; 
=15 мм; 
=95 мм.
Находим 
, 
.
Как вытекает из табл.2, для 
нужно воспользоваться рядом чисел 
, 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 . Прямая касается круга, указывающего коэффициент концентрации =
4,28.
2. Пример использования номограммы для элементов с внешней выточкой и осевым отверстием при изгибе.
Дано: =4 мм; =13 мм; =36 мм; 
=25 мм.
Находим 
; 
; 
.
Как указано в примере 1 при 
(ряд чисел 
) и 
(кривая 5) на черт.48 находим 
=3,60. Это будет теоретический коэффициент концентрации напряжений при большом осевом отверстии 
.
Теперь переходим к черт.49 и смещаемся вверх по вертикали при значении 
=2,50 до пересечения с кривой 2, затем налево по горизонтали до пересечения с осью. Точку пересечения соединяем с прямой 
=3,60, лежащей на другой оси. Круг, которого касается эта прямая, дает =2,08.
Таблица 2
Конструктивные случаи для определения теоретических коэффициентов концентрации и 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 |
|
| 1 | - |
| Изгиб |
|
| 2 | | |
|
| Растяжение |
|
| 3 | - |
| Изгиб |
|
| 4 | | |
|
| Растяжение |
|
| 5 | - |
| Изгиб |
|
| 5 | | |
|
| Растяжение |
|
| 6 | - |
| Изгиб |
|
| 7 | ||
| Кручение |
|
| 9 | ||
|
| Растяжение |
|
| 5 | 1 |
| Изгиб |
|
| 5 | 2 | |
| Кручение |
|
| 10 | 4 | |
|
| Растяжение |
|
| 5 | 5 |
| Изгиб |
|
| 5 | 6 | |
| Кручение |
|
| 10 | 8 |
1.4.3. При обработке результатов на ЭВМ коэффициенты концентрации напряжений для деталей, указанных на черт.20-22, 27 и 28 приложения 3, вычисляют по формуле
, (25)*
где коэффициенты 
, 
, 
и 
определяют по табл.3 (
или 
), а в остальных случаях определяют по формулам, приведенным на черт.1-3, 6-11, 14-19 приложения 3.
________________
* Формулы 21-24. (Исключены, Изм. N 1).
Примечание. Формула (25) является приближенной и дает отклонения до 10% - 20% в запас прочности.
Таблица 3
Значения коэффициентов для вычисления по формуле (25)
| Коэффициенты | Форма образца (детали) | Двусторонний надрез (выточка) | Ступенчатый переход по галтели | ||||
| изгиб | растяжение | кручение | изгиб | растяжение | кручение | ||
|
| Круглый | 0,20 | 0,22 | 0,7 | 0,62 | 0,62 | 3,4 |
| Плоский | - | 0,50 | 0,50 | - | |||
|
| Круглый | 2,75 | 1,37 | 10,3 | 5,80 | 3,50 | 19,0 |
| Плоский | 2,10 | 0,85 | - | 6,00 | 2,50 | - | |
|
| Круглый | - | - | - | 0,20 | - | 1,0 |
|
| | | | | 3,00 | | 2,0 |
1.5. Определение значения относительного критерия подобия усталостного разрушения
1.5.1. Относительный критерий подобия 
вычисляют по формуле
, (26)
где =7,5 мм; 
= 88,3 мм
;
выражается в мм,
выражается в мм.
Значения функции 
приведены в табл.4 или черт.1 приложения 4.
Таблица 4
Значения функции 
|
|
|
| |||||
| 0,04 | 0,08 | 0,10 | 0,12 | 0,16 | 0,20 | ||
| 0,0032 | -2,5 | 0,885 | 0,774 | 0,720 | 0,668 | 0,569 | 0,480 |
| 0,0100 | -2,0 | 0,908 | 0,813 | 0,774 | 0,730 | 0,647 | 0,569 |
| 0,0316 | -1,5 | 0,931 | 0,863 | 0,829 | 0,796 | 0,730 | 0,668 |
| 0,1000 | -1,0 | 0,954 | 0,908 | 0,836 | 0,836 | 0,818 | 0,774 |
| 0,3162 | -0,5 | 0,977 | 0,954 | 0,942 | 0,931 | 0,908 | 0,885 |
| 1,0000 | 0 | 1,000 | 1,000 | 1,000 | 1,000 | 1,000 | 1,000 |
| 3,1620 | 0,5 | 1,023 | 1,046 | 1,058 | 1,070 | 1,092 | 1,115 |
| 10,0000 | 1,0 | 1,046 | 1,092 | 1,115 | 1,137 | 1,182 | 1,226 |
| 31,6200 | 1,5 | 1,069 | 1,137 | 1,171 | 1,204 | 1,269 | 1,332 |
| 100,0000 | 2,0 | 1,092 | 1,182 | 1,226 | 1,269 | 1,353 | 1,430 |
| 316,2000 | 2,5 | 1,115 | 1,226 | 1,280 | 1,332 | 1,430 | 1,519 |
| 1000,0000 | 3,0 | 1,137 | 1,269 | 1,332 | 1,392 | 1,502 | 1,596 |
| 3162,0000 | 3,5 | 1,160 | 1,312 | 1,382 | 1,449 | 1,508 | 1,667 |
| 10000,0000 | 4,0 | 1,182 | 1,352 | 1,431 | 1,502 | 1,627 | 1,726 |
при
В формуле для определения 
параметр принимает значения при изгибе и растяжении-сжатии и при кручении.
1.6. Определение параметра
1.6.1. При круговом изгибе или растяжении-сжатии, а также при кручении круглых стержней с кольцевыми канавками, с переходом от одного сечения к другому по галтели, с резьбой или гладких 
. При изгибе в одной плоскости круглых стержней 
.
Если при растяжении-сжатии или изгибе деталей только часть периметра рабочего сечения прилегает к зоне повышенной напряженности, то вычисляют по формулам, приведенным на черт.2 приложения 4.
1.7. Определение относительного градиента первого главного или касательного напряжений , 
Относительные градиенты напряжений , определяют по формулам, приведенным в табл.1.
1.8. Определение коэффициентов чувствительности металла к концентрации напряжений и масштабному фактору и
1.8.1. Значения , определяют по совокупности результатов испытаний на усталость образцов различных форм, размеров, уровней концентрации напряжений, изготовленных из металла одной плавки и испытанных при различных видах нагружения.
1.8.2. При отсутствии опытных данных для конструкционных сталей величину приближенно вычисляют по формуле
=0,211-0,000143 при 
1300 МПа,
(27)
=0,025 при >1300 МПа.
При кручении для конструкционных сталей величину приближенно принимают равной
. (28)
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.9. Определение коэффициентов влияния шероховатости поверхности 
, 
1.9.1. Значения коэффициента , характеризующего снижение пределов выносливости при ухудшении качества обработки поверхности в зависимости от предела прочности и чистоты поверхности, для изгиба и растяжения-сжатия определяют по черт.3 приложения 4 или вычисляют по формуле
(в МПа). (29)
1.9.2. Значения коэффициента вычисляют по формуле
. (30)
1.10. Определение коэффициента 
1.10.1. Коэффициент , характеризующий снижение предела выносливости от влияния коррозии до испытания на усталость, приведен в зависимости от предела прочности на черт.4 приложения 4.
На кривых указано количество дней, в течение которых образец подвергался воздействию коррозионной среды (пресной воды) до испытания на усталость.
1.10.2. Влияние коррозии при одновременном действии коррозионной среды и переменных напряжений представлено в виде зависимости коэффициента от предела прочности стали на черт.5 приложения 4.
1.10.3. Коэффициенты соответствуют определенной частоте испытания и числу циклов, указанных в подрисуночных подписях. При других частотах и базах испытания следует вводить поправки в соответствии с экспериментальными данными.