Читать онлайн «Большая Советская Энциклопедия (УС)». Страница 34

Усталость

Уста'лость (физиологическая), субъективное ощущение утомления .

Уста'лость материа'лов, изменение механических и физических свойств материала под длительным действием циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Изменение состояния материала при усталостном процессе отражается на его механических свойствах, макроструктуре, микроструктуре и субструктуре. Эти изменения протекают по стадиям и зависят от исходных свойств, вида напряжённого состояния, истории нагружения и влияния среды. На определённой стадии начинаются необратимые явления снижения сопротивления материала разрушению, характеризуемые как усталостное повреждение. Сначала в структурных составляющих материала и по границам их сопряжения (зёрна поликристаллического металла, волокна и матрица композитов, молекулярные цепи полимеров) образуются микротрещины, которые на дальнейших стадиях перерастают в макротрещины либо приводят к окончательному разрушению элемента конструкции или образца для механических испытаний.

  Количественно усталостный процесс описывается зависимостью между накопленным повреждением и числом циклов или длительностью нагружения по параметру величины циклических напряжений или деформаций. Соответствующая зависимость между числом циклов и стадией повреждения (в т. ч. возникновением трещины или окончательным повреждением) называется кривой усталости. Эта кривая – основная характеристика У. м. Накопление циклического повреждения отражает деформирование материала как макро- и микронеоднородной среды (для металлов – поликристаллический конгломерат, для полимеров – конгломерат молекулярных цепей, для композитов – регулярное строение из матрицы и волокон). Этот процесс в поле однородного напряжённого состояния (например, простого растяжения-сжатия) описывается механической моделью, звенья которой воспроизводят неоднородную напряжённость структурных составляющих материала; неоднородность характеризуется вероятностными распределениями величин микродеформаций и микронапряжений (включая остаточные). Циклическое нагружение таких неоднородных структур порождает в наиболее напряжённых структурных звеньях необратимые деформации (упругопластические, вязкоупругие), накапливающиеся с нарастанием числа циклов и длительности пребывания под циклической нагрузкой. Их увеличение до критических значений, свойственных материалу и среде, в которой он находится, приводит к зарождению макротрещины как предельного состояния на первой стадии усталостного разрушения. Кинетика изменения состояния материала на этой стадии проявляется субмикроскопически в изменении плотности дислокаций и концентрации вакансий , микроскопически – в образовании линий скольжения, экструзий и интрузий на свободной поверхности остаточных микронапряжений; механически – в изменении твёрдости, параметров петли упруго-пластического гистерезиса , циклического модуля упругости , а также макрофизических свойств (электрического, магнитного и акустического сопротивления, плотности). На второй стадии усталостного разрушения накопление повреждения оценивается скоростью прорастания макротрещины и уменьшением сопротивления материала статическому (квазихрупкому или хрупкому) разрушению, определяемому изменением статической прочности, в том числе характеристиками вязкости разрушения как критическими значениями интенсивностей напряжений у края усталостной трещины.

  Кривые усталости в области многоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов более 105 ), за которые «ответственны» повторные упругие деформации, наносятся в амплитудах (или максимальных напряжениях) цикла в логарифмических (lgs, lgN) или полулогарифмических (s, lgN) координатах (рис. 1 ). В зависимости от особенностей материала, гомологических температур и физико-химической активности среды кривые усталости могут иметь либо асимптотический характер (кривая 1), либо непрерывно снижающийся с выпуклостью, обращенной к началу координат (кривая 2). Величину амплитуд напряжений s-1 , являющихся асимптотами кривых усталости 1-го типа, называется пределом выносливости материала, а величину амплитуд напряжений (s-1 ) Np , для которых разрушение достигается при числе циклов Np по кривым 2-го типа, – ограниченным (по числу циклов) пределом выносливости. Материалам более стабильных структур и для более низких температур свойственны кривые типа 1; материалам менее стабильных структур, для более высоких температур и активных сред – кривые типа 2.

  Кривые усталости в области малоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов в 104 и менее), за которые «ответственны» повторные пластические деформации, наносятся в амплитудах этих деформаций в логарифмических координатах lg eap и lg N (рис. 2 ).

  Лит.: Конструкционные материалы, т. 3, М., 1965, с. 382–90; Форрест П., Усталость металлов, пер. с англ., М., 1968; Серенсен С. В., Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению, М., 1975.

  С. В. Серенсен.

Рис. 1. Кривые усталости в области многоцикловой усталости.

Рис. 2. Кривые усталости в области малоцикловой усталости.

Установи'вшийся режи'м, состояние, в которое приходит механизм или технич. система после переходного процесса (см., например, Переходные процессы в электрических цепях), вызванного появлением возмущающего воздействия или начальным отклонением координат системы. Примеры У. р. в линейных системах – вращение двигателя с некоторой постоянной частотой при постоянной нагрузке на валу, гармонические колебания в электрическом колебательном контуре , работа системы автоматического регулирования (САР) при неизменных задающем и возмущающих воздействиях. У. р. динамической системы характеризуется тем, что действующие на неё силы (возмущения) уравновешиваются соответствующим противодействием. Например, для механизма с вращательным движением У. р. характеризуется равенством М д = M c (М д – крутящий момент, M c – момент сопротивления); для нагреваемого тела Q н = Q p (Q н и Q p – количество тепла, воспринимаемого телом при нагревании и рассеиваемого им в окружающую среду); в колебательном контуре W п = W т (W п и W т – количество энергии, поступающей от источника питания за период колебаний и выделяющейся в виде тепла на активном сопротивлении контура).

Устано'вка, состояние готовности, предрасположенности субъекта к определённой активности в определённой ситуации. Явление У. было открыто нем. психологом Л. Ланге (1888) при изучении ошибок восприятия. Общепсихологическая теория У. разработана етским психологом Д. Н. Узнадзе, который экспериментально доказал наличие общепсихической готовности индивида к реализации активированной потребности в данной ситуации (актуальная У.) и установил закономерности закрепления такой готовности при неоднократном повторении ситуаций, позволяющих удовлетворить данную потребность (фиксированная У.). По Узнадзе, У., аккумулируя прошлый опыт, опосредует стимулирующее воздействие внешних условий и уравновешивает отношения субъекта со средой. Исследования социальной У. (Ш. Надирашвили, И. Гомелаури в СССР) и в зарубежной психологии – «аттитюда», т. е. отношений личности, фиксированных в психике (Ф. Хайдер, С. Аш, М. Розенберг, Л. Фестингер в США и др.), выявили сложную структуру таких У., содержащих эмоциональные, смысловые (когнитивные) и поведенческие (готовность к действию) аспекты предрасположенности к восприятию и поведению в отношении социальных объектов и ситуаций. Предполагается, что в структуре психики можно выделить иерархическую систему предрасположенности к деятельности на разных уровнях регуляции поведения (систему диспозиций) в виде: неосознаваемых простейших У. относительно простейших ситуаций и объектов; более сложных социальных У., регулирующих социальные поступки; ценностных ориентаций личности, являющихся продуктом взаимодействия высших социальных потребностей и условий и опосредующих целостные программы социального поведения личности в различных сферах деятельности.