CHƯƠNG 10

THANH CHỊU ỨNG SUẤT THAY ÐỔI
THEO THỜI GIAN

I. KHÁI NIỆM VỀ ỨNG SUẤT THAY ÐỔI - HIỆN TƯỢNG MỎI
II. CHU TRÌNH ỨNG SUẤT VÀ CÁC ÐẶC TRƯNG CỦA CHU TRÌNH
III. GIỚI HẠN MỎI VÀ BIỂU ÐỒ GIỚI HẠN MỎI
IV. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI GIỚN HẠN MỎI
1. Sự tập trung ứng suất
2. Trạng thái bề mặt
3. Kích thước
V. CÁCH TÍNH VỀ ÐỘ BỀN MỎI
1. Trường hợp kéo nén uốn và xoắn thuần túy
2. Trường hợp uốn và xoắn biến đổi đồng thời (trường hợp ứng suất phẳng)
VI. NHỮNG BIỆN PHÁP NÂNG CAO GIỚI HẠN MỎI I. KHÁI NIỆM VỀ ỨNG SUẤT THAY ÐỔI - HIỆN TƯỢNG MỎI
TOP
Trong nhiều chi tiết máy, dưới tác dụng của tải trọng, ứng suất trên mặt cắt biến đổi
tuần hoàn theo thời gian.
Xét một điểm M trên mặt ngoài của trục chịu uốn thuần túy phẳng quay với vận tốc góc
( (rad/s)
Ứng suất tại M có giá trịĠ
Mà y = Rsin( = Rsin(t

Ứng suất trung bình :Ġ (X-1)
Biên độ ứng suất :Ġ (X-2)
Ta thấy biên độ ứng suất luôn luôn dương
Hệ số không đối xứng của chu trình :Ġ
(X-3)
Từ các định nghĩa trên ta nhận thấy:
Pmax = Ptb + Pbđ

Pmin = Ptb - Pbđ
Trường hợp đặc biệt
Khi Pmax = - Pmin ta gọi là chu trình đối xứng, khi đó Ptb = 0

Khi Pmax ( - Pmin chu trình không đối xứng
Khi Pmax = 0 hoặc Pmin = 0: chu trình mạch độngĠ
Khi Pmax = Pmin (r=1): chu trình ứng suất không đổi (tải trọng tĩnh)
Nhận xét: bất kỳ một chu trình không đối xứng nào cũng có thể coi là tổng của một chu
trình đối xứng và một chu trình tĩnh.
III. GIỚI HẠN MỎI VÀ BIỂU ÐỒ GIỚI HẠN MỎI
TOP
Giới hạn mỏi là giá trị lớn nhất của ứng suất thay đổi tuần hoàn mà vật liệu có thể chịu
đựng được với một chu trình không hạn định mà không làm xuất hiện các vết nứt vì mỏi.
Làm thí nghiệm: với ứng suất (1 vật liệu bị phá hủy do mỏi với N1 chu trình, lần lượt
thí nghiệm với nhiều giá trị ứng suất khác nhau ta được nhiều chu trình phá hủy mỏi tương
ứng.
Lập đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa ( và số chu trình tương ứng (ở đây là số vòng quay )
ta được một đường cong tiệm cận với đường nằm ngang. Biểu đồ này được gọi là biểu đồ mỏi
(hình 10-6) (biễu đồ mỏi Vêle )
Giới hạn mỏi được ký hiệu làĠ
r: hệ số không đối xứng của chu trình ứng suất
m: đặc tính thí nghiệm

1. Sự tập trung ứng suất
TOP
Dưới tác dụng của tải trọng tĩnh thì sự tập trung ứng suất không ảnh hưởng tới giới hạn
lực phá hoại của chi tiết. Nhưng nếu chi tiết này làm việc dưới tác dụng của ứng suất thay đổi
thì sự tập trung ứng suất làm cho giới hạn mỏi giảm xuống làm ảnh hưởng tới độ bền của vật
liệu.
Ðể đánh giá mức độ ảnh hưởng của độ tập trung ứng suất đối với giới hạn mỏi ta dùng
hệ số tập trung ứng suất k
(X-4a)
Trong đó ĺ: giới hạn mỏi của chi tiết không có sự tập trung ứng suất
: giới hạn mới của chi tiết cùng loại nhưng có sự tập trung ứng suất.
Ta nhận thấy một chu trình ứng suất không đối xứng bất kỳ có thể coi là tổng của một
chu trình ứng suất tĩnh và một chu trình ứng suất đối xứng, mà nhân tố tập trung ứng suất
không ảnh hưởng gì tới chu trình ứng suất tĩnh, chỉ ảnh hưởng tới phần ứng suất thay đổi do
Pbđ trực tiếp tác động, vì vậy ta chỉ cần quan tâm đến hệ số tập trung ứng suất trong trường
hợp chu trình ứng suất đối xứng.
(X-4b)
Ðối với thép có (b = 400 (1300MN/m2

Cụ thể đối với ứng suất pháp ( ta ký hiệu k( còn đối với ứng suất tiếp ( ta ký hiệu k(
Hệ số k được xác định bằng thí nghiệm, các hệ số k( và k( được cho sẵn trong các bảng.
2. Trạng thái bề mặt
TOP
Giới hạn mỏi còn bị ảnh hưởng của trạng thái bề mặt chi tiết sau gia công. Bề mặt chi
tiết được đánh bóng hoặc được gia công đặc biệt làm cho cứng có tác dụng làm tăng giới hạn
mỏi.
Người ta biểu thị ảnh hưởng này bằng hệ số bề mặt (
(X-5)
P-1: giới hạn mỏi của mẫu có mặt ngoài đánh bóng
(P-1)bk: giới hạn mỏi của mẫu có mặt ngoài bất kỳ

Khi tính độ bền mỏi của một chi tiết máy, người ta thường dùng phương pháp kiểm tra
tức là định kích thước của chí tiết trước (dựa vào kinh nghiệm hoặc tính gần đúng theo tải
trọng tĩnh có hạ thấp ứng suất cho phép) sau đó kiểm tra lại kích thước đã chọn bằng cách so