А. Вёлер
(1819—1914)
А. Вёлер
(A. Wohler) родился в семье школьного
учителя недалеко от Ганновера и получил техническое образование в Ганноверском
политехническом институте. За свои академические успехи при прохождении
курса он получил по окончании политехникума стипендию, позволившую ему
приобрести практический стаж на паровозном заводе Борзига
в Берлине и на строительстве железных дорог Берлин—Анхальти,
Берлин—Ганновер. В 1843 г. он был послан в Бельгию для изучения работы
паровозостроительных заводов. По возвращении на него было возложено руководство
работой железнодорожных мастерских в Ганно-вере.
С 1847 г. он стал заведовать подвижным составом и мастерскими
Нижне-Силезской железной дороги, и это заставило его
обосноваться на последующие 23 года своей жизни во Франкфурте-на-Одере.
Здесь ему пришлось заняться выяснением многочисленных вопросов, касающихся
механических свойств материалов; здесь же он приступил и к своим знаменитым
исследованиям по усталостной прочности металлов. Его положение открывало ему
возможности реализовать результаты своих экспериментов в практических
применениях.
Постоянство свойств материала имеет
существенное значение при его практическом использовании, и в стремлении
достигнуть такого постоянства Вёлер разработал
технические условия на материалы, поступающие для использования на железных
дорогах. Он содействовал также организации в Германии сети лабораторий по
испытанию материалов и помог ввести единообразие в методику самих испытаний.
Его влияние в этом отношении было очень большим в Германии, а спроектированные
и сооруженные им для своей работы испытательные машины были
лучшими в то время. Свидетельством их исторического значения является то, что
они хранятся в качестве экспонатов в Музее германской техники в Мюнхене.
Основная работа Вёлера
по усталости металлов была выполнена им с намерением найти
мероприятия, которые смогли бы снизить аварийность, выражавшуюся в постоянных
поломках осей подвижного состава на Нижне-Силезской
железной дороге.
Из всех испытаний явствует, что для данного
максимального напряжения число циклов, необходимое для того, чтобы вызвать
разрушение, уменьшается с возрастанием амплитуды цикла. Вёлер
делает из этого вывод, что в мостах больших пролетов и в рессорах
железнодорожных вагонов (где наибольшее напряжение производится главным образом
постоянной нагрузкой, т. е. собственным весом) допускаемые напряжения могут
быть приняты гораздо более высокими, чем в осях или в поршневых штоках
(шатунах), где материал подвергается действию знакопеременного цикла
напряжений.
Все эти выводы были получены из испытаний на
изгиб, и Вёлер решил проверить их, обратившись к
изучению влияния осевой
нагрузки, для чего и спроектировал
специальную разрывную машину. Образцы в ней подвергались циклам растягивающих
напряжений, причем полученные результаты оказались в хорошем согласии с
выводами из испытаний на изгиб. Это побудило Вёлера
рекомендовать одну и ту же величину рабочего (допускаемого) напряжения при
одинаковых циклах напряжений, независимо от того, каким способом эти циклы
осуществлены.
Следующим шагом в изучении усталостной
прочности металлов было исследование циклов сложного напряженного состояния.
Здесь Вёлер полагает, что прочность зависит от циклов
наибольшей деформации (следуя теории наибольшей деформации). Далее, он
применяет свои общие соображения к кручению, для которого принятая теория
прочности дает значение предела выносливости при полном знакопеременном цикле,
составляющее 80% от соответствующей величины для растяжения-сжатия. Для того
чтобы в этом удостовериться, Вёлер построил
специальную машину, с помощью которой он получил возможность подвергать
цилиндрические стержни циклическому кручению. Выполненные на ней опыты со
сплошными цилиндрическими образцами подтвердили теорию. На их основании Вёлер рекомендует принимать для рабочих (допускаемых)
касательных напряжений значение, составляющее 80% от допускаемого нормального
напряжения на растяжение-сжатие. Он обратил внимание также на то
обстоятельство, что трещины в испытываемых на кручение образцах возникают в
направлениях, образующих 45° с осью цилиндра, и вызываются наибольшими
растягивающими напряжениями.
Поскольку испытания на выносливость требуют
много времени и сопряжены с большими материальными издержками, Вёлер, естественно, попытался найти какие-либо зависимости
между усталостной прочностью и другими механическими характеристиками
материала, определяемыми при статических испытаниях. Насколько можно судить,
особенно он интересовался пределом упругости тех материалов, с которыми он
производил усталостные испытания. Установление предела упругости по испытаниям
на растяжение требует точного измерения весьма малых удлинений, пригодных же
для этой цели инструментов в то время еще не существовало. Поэтому
Вёлер решил определить предел упругости по испытаниям
на изгиб, хотя он и отдавал себе ясный отчет в том, что этот метод не
обеспечивает надлежащей точности, поскольку предельное напряжение достигается
сначала самыми крайними волокнами, а начало текучести становится заметным лишь
после того, как в значительной части материала напряжения уже превзойдут предел
упругости.
Экспериментальная работа Вёлёра
носила основоположный характер: с полным основанием можно утверждать, что
именно с нее берет начало научное изучение усталости материалов. Для каждого
вида своих испытаний Вёлер проектировал и
конструировал все необходимые машины и измерительные инструменты. При
проектировании их он предъявлял весьма строгие требования к точности, с которой
должны были измеряться силы и деформации; по этой причине его машины
представляют собой серьезный шаг вперед в технике испытания материалов.
email: KarimovI@rambler.ru
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Теоретическая механика Строительная механика
Прикладная механика Детали машин Теория машин и механизмов
