最新疲劳断裂讲义说课材料精品课件

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1、疲劳(píláo)断裂讲义第一页，共52页。交变应力是导致疲劳破坏产生的重要条件！工程中的许多载荷是随时间而发生变化的，而其中有相当一部分载荷是随时间作周期性变化的。例如：火车(huǒchē)的轮轴。交变(jiāobiàn)应力→构件中点的应力状态随时间而作周期性变化的应力。A.交变(jiāobiàn)应力第二页，共52页。2齿轮传动：齿轮啮合(nièhé)点处的应力随时间作周期性变化。第三页，共52页。3从构件的应力-时间曲线中可看出(kànchū)：在承受交变应力的构件中，轴中的弯曲应力每转一周就要从最大值σmax变到最小值σmin，然后又

2、恢复到最大值，即：轴每转一周，应力就完成一次循环,称为一个应力循环。∣σmax∣=∣σmin∣为对称循环，否则为非对称循环。0第四页，共52页。4交变(jiāobiàn)应力的几个名词术语:第五页，共52页。5交变应力(yìnglì)的几种模式：第六页，共52页。6脉动循环：变动于零到某一最大值之间的交变应力(yìnglì)循环，称为脉动循环。0第七页，共52页。7（3）稳定交变(jiāobiàn)应力：交变(jiāobiàn)应力的最大应力和最小应力的值，在工作过程中始终保持不变，否则称不稳定交变(jiāobiàn)应力。不稳定交变(jiāob

3、iàn)应力任意振幅(zhènfú)、应力（4）静应力也可以看成是交变应力的一种特性:第八页，共52页。8构件在交变应力(yìnglì)下，当最大应力(yìnglì)低于屈服极限时，就可能发生疲劳破坏。即使是塑性较好的材料断裂前也无明显的塑性变形。疲劳破坏过程依先后次序(cìxù)可区分为三个主要阶段，即：疲劳裂缝形成疲劳裂纹扩展最终失效断裂。第九页，共52页。9B.疲劳(píláo)破坏的分类屈服极限或强度(qiángdù)极限等静强度(qiángdù)指标已不能作为疲劳破坏的强度(qiángdù)指标。故在交变应力下，材料的强度(qiángd

4、ù)指标应重新设定。应力-寿命(shòumìng)曲线实际上，试验不可能无限期的进行下去，一般规定一个循环次数N0来代替无限长的持久寿命，这个规定的循环次数N0称为循环基数。与N0对应的就是持久极限。持久极限疲劳寿命持久极限旋转梁疲劳试验机第十页，共52页。10通常钢铁材料（除铸铁(zhùtiě)外）具有明显的疲劳限特性→对应S-N曲线图随着应力降低而呈现水平状态。通常非铁材料（如：Al、Cu合金(héjīn)）都无真正的水平疲劳限。耐久(nàijiǔ)比：条件持久极限第十一页，共52页。11依疲劳寿命(shòumìng)Nf来分类：第十二页，共

5、52页。12许多(xǔduō)应用的工程零件无需承受数万次循环（即Nf＜105），如：汽车启动器上的弹簧零件、热交换管及涡轮转子和叶片等。→依此循环寿命进行零件设计，可大量减轻零件质量，降低生产成本。低周疲劳(píláo)的特点典型低周疲劳的应力-应变迟滞(chízhì)曲线Basquin提出关系式：疲劳强度系数近似于抗拉强度b值介于-0.05—-0.12之间。第十三页，共52页。13典型(diǎnxíng)的应变-寿命关系曲线Coffin与Manson提出(tíchū)材料塑性变形与疲劳寿命之间的关系式：C值介于(jièyú)-0.05—-0.

6、7之间。Basquin与Coffin-Manson关系式合并，得到完整的应力、应变与疲劳寿命关系式：材料本身的特性也会使应变-寿命曲线有所不同！第十四页，共52页。14→不同性质材料的应变-寿命(shòumìng)曲线当循环应力继续作用(zuòyòng)，材料的应力-应变曲线形状会产生变化，代表其材质对应力-应变反应的改变。根据迟滞曲线形状变化的不同，可分为四种：①循环(xúnhuán)硬化第十五页，共52页。15应变范围(fànwéi)固定，则应力范围(fànwéi)越来越小。②循环(xúnhuán)软化③混合行为第十六页，共52页。16④循环

7、稳定(wěndìng)←应变范围和塑性变形皆不明显多种材料的单向拉伸应力与循环(xúnhuán)应力的应力-应变曲线循环(xúnhuán)硬化循环软化第十七页，共52页。17第二节疲劳破坏(pòhuài)机制疲劳破坏过程(guòchéng)依先后次序可区分为三个主要阶段，即：疲劳微裂缝形成疲劳裂纹扩展最终失效断裂第十八页，共52页。18A.疲劳(píláo)微裂缝形成表面上最大局部(júbù)应力或最小截面积处，或因材料差异导致的强度最弱的地方。如：表面刮痕(ɡuāhén)、缺口等。内部缺陷，如夹杂物、晶界、双晶界等强度较低之处。第十九页，共52

8、页。19循环应力(yìnglì)作用几千次后，某些晶粒中发生位错滑移，滑移线增多将形成永久滑移带（PSB,含5000余条滑移线)，导致材