03-金属材料疲劳性能及其描述

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1、第3章金属材料疲劳性能及其描述3.1金属材料的拉伸特性金属材料的拉伸特性3.2金属的循环应力应变特性金属的循环应力应变特性3.3金属材料的金属材料的SS--NN曲线曲线3.4金属材料的金属材料的εε--NN曲线曲线参考书目12第3章金属材料疲劳性能及其描述3.1金属材料的拉伸特性材料的工程应力S和工程应变e定义为：试件加载后的长度改变量L−L0e=试件标距原始长度L0载荷PS=试件加载前的截面积A0材料的真实应力σ和真实应变ε定义为：载荷Pσ=试件瞬时截面积AL⎛⎞瞬时伸长量dLLdε=⇒ε=∫dε=ln⎜⎜⎟⎟瞬时长度LL⎝L0⎠0NUAA航空宇航学院姚卫星©3第3

2、章金属材料疲劳性能及其描述3.1金属材料的拉伸特性工程应力S和应变e与真实应力σ和应变ε的关系：ε=ln(1+e)σ=S(1+e)NUAA航空宇航学院姚卫星©4第3章金属材料疲劳性能及其描述3.1金属材料的拉伸特性真实应力σ和应变ε的关系可用Ramberg-Osgood模型描述：1nσ⎛σ⎞ε=+⎜⎟E⎝K⎠K——强度系数，n——应变硬化指数。就绝大多数工程结构材料而言，对于单调拉伸曲线可作如下假定：①单调拉伸和单调压缩曲线关于原点O反对称；②在屈服极限A点以内是直线。NUAA航空宇航学院姚卫星©5第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2金属材料循环σ-ε曲线弹性:弹塑性

3、:NUAA航空宇航学院姚卫星©6第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2金属材料循环σ-ε曲线?循环硬化/软化?循环蠕变/松弛?Bauschinger效应?Mashing特性?记忆特性?稳态循环σ-ε曲线?瞬态循环σ-ε曲线NUAA航空宇航学院姚卫星©7第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.1循环硬化/软化当外加循环应力—应变使材料进入塑性后，由于反复产生塑性变形，使金属的塑性流动特性改变，材料抵抗变形的能力增加或减小，这种现象称为循环硬化或循环软化。¾应力控制¾应变控制¾材料¾稳定性问题NUAA航空宇航学院姚卫星©8第3章金属材料疲劳性能及其描述应力控制应力控制下材料的

4、循环硬化应力控制下材料的循环软化NUAA航空宇航学院姚卫星©9第3章金属材料疲劳性能及其描述应力控制应力控制下材料的循环软化SAE1045钢的循环软化NUAA航空宇航学院姚卫星©10第3章金属材料疲劳性能及其描述应变控制应变控制下材料的循环硬化应变控制下材料的循环软化NUAA航空宇航学院姚卫星©11第3章金属材料疲劳性能及其描述应变控制应变控制下材料的循环软化完全退火状态铜的循环硬化NUAA航空宇航学院姚卫星©12第3章金属材料疲劳性能及其描述材料的硬化/软化的判断材料的循环硬化或软化特性与材料的屈强比σ/σ：Sbßσ/σ<0.7的材料为循环硬化材料；Sbßσ/σ>0

5、.8的材料为循环软化材料；Sbßσ/σ=0.7~0.8的材料无法确定。Sb材料的循环硬化或软化特性也可用断裂延性ε判断：fÓε<50％的材料为循环硬化材料；fÓε>50%的材料为循环软化材料；fÓε在50％附近的材料无法确定。fNUAA航空宇航学院姚卫星©13第3章金属材料疲劳性能及其描述稳定性问题金属材料的循环稳定与不稳定有二种观点：¾在一定的循环数后，滞后环趋于稳定¾直到疲劳破坏，循环硬化/软化一直存在，只是越来越小。NUAA航空宇航学院姚卫星©14第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.2循环蠕变/松弛循环蠕变具有明显蠕变行为的材料的典型应力－应变曲线NUAA航空

6、宇航学院姚卫星©15第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.2循环蠕变/松弛循环松弛NUAA航空宇航学院姚卫星©16第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.3Bauschinger效应在一定量的拉伸或压缩塑性形变之后再进行反向加载时，材料的屈服强度会低于连续形变的屈服强度，这一现象被称之为Bauschinger效应。它是影响迟滞回线几何形状的重要因素。NUAA航空宇航学院姚卫星©17第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.4Mashing特性CDBCDABA0EHGFEFGH若将图中迟滞回线的最低点E、F、G、H平移到与坐标原点O相重合，如果迟滞回线的最高点A、B、C、D的

7、边线与上行段迹线相吻合，则该材料称为Masing材料，即其具有Masing特性。反之，则该材料不具有Masing特性，称为非Masing材料。NUAA航空宇航学院姚卫星©18第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.5记忆特性材料的记忆特性是指材料在循环载荷作用下应力—应变响应似乎能够记得曾经经历过的变形的特性。用以描述材料记忆特性的手段是可用性系数。加载点ABCDEFGHIJKσ(MPa)650-450720460750-750350-45055070550ε(%)0.8-0.21.20.61.5-1.5-0.5-0.90.1-0.220.5NUAA航