材料力学第十四章ppt课件.ppt

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1、第十四章材料的疲劳与断裂§14-1概述§14-2材料的疲劳破坏特征及机理§14-3S—N曲线及疲劳极限的测定§14-4构件的疲劳极限§14-5基于疲劳极限的无限寿命设计法§14-6固体材料的理想断裂强度和应力判据§14-7应力强度因子与断裂韧性§14-8损伤容限设计小结第十四章材料的疲劳与断裂1．疲劳：§14-1概述在多次循环应力作用下，构件产生裂纹或发生断裂的过程。包括裂纹的萌生、扩展和失稳断裂。2．疲劳的传统研究方法：无限寿命设计3．疲劳裂纹扩展问题的研究：损伤容限设计ts23414smin31．交变应力：一、疲劳破坏特征及机

2、理随时间周期性变化的应力。C2314FFFFCBA2smax1疲劳破坏：物体在交变应力作用下的破坏。§14-2材料的疲劳破坏特征及机理2．疲劳破坏特点：1)长期使用，突然破坏；2)一般脆性断裂；3)s工作

3、力循环特征1)一个应力循环；2)一个周期；3)循环特征：一个应力循环Otsabsminsmaxsmsa平均应力：应力幅：§14-2材料的疲劳破坏特征及机理2．工程中常见的应力循环特征：1)对称循环：tsOsmaxsmin2)非对称循环：Otssmaxsmin§14-2材料的疲劳破坏特征及机理二、交变应力循环特征3)脉动循环：4)静应力：OtssmaxsminOtssa=0smax=sm=smin5)非对称循环：静应力sm叠加sa的对称循环。二、交变应力循环特征§14-2材料的疲劳破坏特征及机理2．工程中常见的应力循环特征：§14-

4、3S—N曲线及疲劳极限的测定1．材料的疲劳极限(持久极限)：1)对称循环s-1最低最常用；材料经受“无数次”应力循环不发生疲劳破坏的极限应力。符号：sr，r为循环特征。2．s-1的测定：2)光滑小试件：f7～10mm；3)某应力幅sa下，N次循环时试件开始疲劳：N—sa的疲劳寿命；4)应力幅由高到低，逐步测定疲劳寿命Ni；5)作应力—寿命曲线(S—N曲线、疲劳曲线)；6)N无限增大对应的最大应力：s-1；ONsmaxs-1As-1iNi1077)t-1测定同理；8)“条件”疲劳极限：有色金属S—N曲线无水平直线，以N0=108对应

5、最大应力作为疲劳极限§14-3S—N曲线及疲劳极限的测定2．s-1的测定：§14-4构件的疲劳极限1．应力集中：一、构件外形的影响截面的突然改变(沟槽、孔、圆角)引起应力局部增大现象。FFAAsmax=3s0smax2．有效应力集中系数：(s-1)d或(t-1)d：光滑试件疲劳极限；(s-1)k或(t-1)k：与光滑试件尺寸相同，有应力集中的构件疲劳极限；3．钢制构件有效应力集中系数的特点：1)钢的sb越高，ks、kt越大；2)r/d越小，ks、kt越大。§14-4构件的疲劳极限一、构件外形的影响2)轴向拉压疲劳尺寸影响不大：e=

6、1。1．尺寸系数：二、构件尺寸的影响(s-1)d或(t-1)d：光滑大试件的疲劳极限；2．尺寸系数的特点：1)尺寸越大，材料sb强度越高：es、et越小；§14-4构件的疲劳极限2)表面经强化处理(高频淬火、氮化、喷丸)等：b>1；1．表面质量系数：三、构件表面质量的影响(s-1)b：经表面加工或强化处理过，尺寸与光滑试件相同的构件疲劳极限；2．表面质量系数的特点：1)表面越粗糙，材料强度越高：b值越小；§14-4构件的疲劳极限四、综合考虑在对称循环下，构件的疲劳极限为：§14-4构件的疲劳极限§14-5基于疲劳极限的无限寿命设计

7、法1．应力形式的疲劳强度条件：一、对称循环(r=-1)无限寿命设计：构件在设计应力下长期安全使用。构件对称循环的疲劳极限smax：危险点最大工作应力：强度条件：最大工作应力小于疲劳极限。n：规定安全因数2．安全因数形式的疲劳强度条件：实际安全因数1)ns：3)交变扭转疲劳：2)代入材料的疲劳强度：§14-5基于疲劳极限的无限寿命设计法一、对称循环(r=-1)smsa1．疲劳极限曲线：二、疲劳极限曲线sm为横坐标，sa为纵坐标作出的不同循环特征下疲劳极限曲线；107NsmaxsasmOP'As-1sbBr=-1s-1r=0sbrsr

8、aP§14-5基于疲劳极限的无限寿命设计法1)曲线一点的横、纵坐标之和为某应力循环的最大应力；2)曲线上过原点一条射线代表一种循环；3)每条射线均有一个由疲劳极限确定的临界点，所有点连线即为疲劳极限曲线；§14-5基于疲劳极限的无限寿命设计法2．疲