材料力学性能之疲劳课件

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1、七、金属的疲劳轴、齿轮、弹簧都是在变动载荷(也称交变应力)下工作，工作应力通常低于材料的屈服强度,但长时间工作仍会发生断裂,这种现象叫金属的疲劳。疲劳断裂不产生明显的塑性变形，断裂突然发生，具有很大的危险性造成严重事故。据统计，在损伤的机器零件中，有80%以上属于疲劳断裂。变动载荷是指载荷的大小、方向随时间变化的载荷。变动载荷分为周期性变动载荷（也称循环应力）和随机变动载荷。实验室研究多采用循环应力。最常见的循环应力为载荷与时间呈正弦曲线的对称应力循环。ABσσσσBAP循环应力特性三个参量表示:应力幅σa=(σmax-σmin

2、)/2;平均应力σm=(σmax+σmin)/2;应力循环对称系数r=σmax/σmin材料承受的交变载荷S与材料断裂前承受交变应力的循环次数N之间的关系可用S-N曲线来表示，称疲劳曲线,S通常采用载荷幅或最大载荷。金属承受的交变载越荷越大,则断裂时应力循环次数N越少。当应力低于一定值时,试样可以经受无限周期循环而不破坏,此应力值称为材料的疲劳极限σr，对称循环载荷的疲劳强度用σ-1表示。钢铁材料部分有色金属两种类型疲劳曲线疲劳曲线的斜线部分表示在超过疲劳极限的应力作用下，材料的疲劳强度和断裂循环次数的关系，它反映了材料对过载条

3、件下的疲劳抗力.过载持久值:指过载应力下材料的断裂循环周次。材料的疲劳极限相同、抗拉强度不同时,抗拉强度愈高，疲劳曲线的斜率就愈陡，相同过载荷下能经受的应力循环周次也就愈多。即：高抗拉强度材料的过载持久值大，抗过载能力好。机械设计通常以疲劳极限作为判据。但像飞机起落架这样的构件，承受的交变应力远高于疲劳极限，这就要按照有限周次确定其疲劳寿命，过载持久值就具有重要意义。材料的疲劳极限主要取决于抗拉强度，而在过载范围内，材料的疲劳强度不仅与材料的抗拉强度有关，还与的塑性、韧性有关。抗拉强度相近时，塑性好的材料疲劳强度较高。第一章小结

4、一、拉伸试验和曲线脆性材料拉伸曲线二、弹性指标：1.弹性模量E:表征金属材料对弹性变形的抗力也称之为刚度。2.比例极限σp:是应力与应变成正比关系的最大应力值。3.弹性极限σe:是材料发生弹性变形的最大应力值。三、塑性指标：1.延伸率δ:拉伸断裂后试样标距长度的相对伸长量.2.断面收缩率ψ:拉伸试样断裂处截面的相对收缩量.四、强度指标:表征金属材料抵抗变形和断裂的能力。1.屈服极限σs:金属产生塑性变形的最小应力。没有明屈服现象金属以0。2表示。2.抗拉强度σb:拉伸试验中金属所能承受的最大拉伸应力。3.疲劳强度σ-1:材料经

5、受无限次应力循环而不断裂的最大应力。五、硬度指标:衡量金属材料软硬程度的一种性能,表示金属抵抗局部塑性变形的能力。1.布氏硬度HBSHBW:压头是淬火钢球或硬质合金球.载荷大、压痕大、数据稳定、重复性强。适用于较软金属,毛坯或半成品。2.洛氏硬度:压头为120°的金刚石圆锥和淬火钢球.具有HRA、HRB和HRC三种标尺的洛氏硬度试验可测软硬不同和厚薄不一的金属硬度.不同标尺的硬度值彼此不能直接比较。3.维氏硬度:压头是对面夹角136°的金刚石正四棱锥体,以HV表示。显微硬度:是载荷P以克计量，压痕对角线d以微米计量的维氏硬度。主

6、要用来测定各种组成相的硬度和表面硬化层的硬度分布,用HM表示。4.里氏硬度:是一种便携式动载荷硬度计，用于检验大型金属产品及部件的硬度,测量精度较低。五、金属的韧性1.冲击韧性ak:单位面积所消耗的冲击功,表征材料抵抗冲击载荷作用不发生断裂的能力。2.断裂韧性KⅠC:表征材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。KⅠ=Y·σ·√a（MN/m3/2）