工程力学 第26章 材料的疲劳行为与构件的疲劳寿命new

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1、第26章材料的疲劳行为与构件的疲劳寿命结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力（alternativestress）作用下发生的失效，称为疲劳失效，简称为疲劳（fatigue）。对于矿山、冶金、动力、运输机械以及航空航天等工业部门，疲劳是零件或构件的主要失效形式。统计结果表明，在各种机械的断裂事故中，大约有80％以上是由于疲劳失效引起的。因此，对于承受交变应力的设备，疲劳分析在设计中占有重要的地位。疲劳强度已从经典的无限寿命设计发展到现代的有限寿命设计和可靠性分析。累积损伤理论为解决疲劳寿命问题提供了重要

2、基础及工程计算方法。零件、构件以至设备的寿命、可靠性等已成为国内外市场上产品竞争的重要指标。本章的主要内容包括：疲劳失效的主要特征与失效原因简述；疲劳极限及其影响因素；线性累积损伤理论以及有限寿命和无限寿命的疲劳强度设计方法等。§26-1引言26－1－1疲劳失效概述26－1－2疲劳失效特征26－1－3疲劳极限与应力－寿命曲线§26-2影响疲劳寿命的因素26－2－1应力集中的影响－有效应力集中因数26－2－2零件尺寸的影响－尺寸因数26－2－3表面加工质量的影响－表面质量因数1§26-3有限寿命设计与无限寿

3、命设计26－3－1基本概念26－3－2无限寿命设计方法概述26－3－3等幅对称应力循环下的工作安全因数26－3－4等幅交变应力作用下的疲劳寿命估算§26-4线性累积损伤理论26－4－1基本概念26－4－2线性累积损伤理论－迈因纳准则26－4－3变幅对称交变应力作用下的疲劳强度设计26－4－4周期性变幅交变应力时的疲劳寿命估算§26-5疲劳强度可靠性概述26－5－1疲劳试验结果的分散性26－5－2标准离差与可靠性关系§26-6结论与讨论26－6－1结论26－6－2提高构件疲劳强度的途径26－6－3关于非对称

4、应力循环疲劳强度问题习题本章正文返回总目录2第26章材料的疲劳行为与构件的疲劳寿命§26－1引言26－1－1疲劳失效概述一点的应力随着时间的改变而变化，这种应力称为交变应力。承受交变应力作用的构件或零部件，大部分都在规则（图26－1）或不规则（图26－2）变化的应力作用下工作。图26—1规则的交变应力材料在交变应力作用下的力学行为首先与应力变化状况（包括应力变化幅度）有很大关系，因此，在强度设计中必然涉及有关应力变化的若干名词和术语，现简单介绍如下。图26—2不规则的交变应力图26—3中所示为杆件横截面上

5、一点应力随时间t的变化曲线。其中S为广义应力，它可以是正应力，也可以是切应力。3图26—3一点应力随时间变化曲线根据应力随时间变化的状况，定义下列名词与术语：应力循环（stresscycle）—应力变化一个周期，称为应力的一次循环。例如应力从最大值变到最小值，再从最小值变到最大值。应力比（stressratio）—应力循环中最小应力与最大应力的比值，用r表示。Sminr=£(SSminmax)（26—la）Smax或Smaxr=³(SSminmax)（26—lb）Smin平均应力（meanStress）—

6、最大应力与最小应力的平均值，用Sm表示，即S+SmaxminS=(26－2)m2应力幅值(stressamplitude)—应力变化的幅度的一半，用Sa表示，其值为S－SmaxminS=(26－3)m2最大应力（maximumStress）—应力循环中的最大值，即S=S+S（26—4）maxma最小应力（minimumstress）—应力循环中的最小值，即S=-SS(26－5)minma对称循环（symmetricalreversedcycle）—应力循环中应力数值与正负号都反复变化，且有Smax=－Sm

7、in,这种应力循环称为对称循环。这时,r=-1,S=0,S=Smamax脉冲循环（fluctuatingcycle）—只是应力数值随时间变化而应力正负号不发生变化，且最小应力等于零（Smin=0），这种应力循环称为脉冲循环。这时，r=0静应力（staticalstress）—静应力作为交变应力的特例，在静应力作用下：r=1,S=S=S,S=0maxminma需要注意的是：应力循环指一点的应力随时间的变化循环，最大应力与最小应力等都4是指一点的应力循环中的数值。它们既不是指横截面上由于应力分布不均匀所引起的

8、最大和最小应力，也不是指一点应力状态中的最大和最小应力。上述广义应力记号S泛指正应力和切应力。若为拉、压交变或反复弯曲交变，则所有符号中的S均为s；若为反复扭转交变，则所有S均为t，其余关系不变。上述应力均未计及应力集中的影响，即由理论应力公式算得。如FNxs=(拉伸)AMyzs=-（平面弯曲）IzMrxt=（圆截面杆扭转）IP这些应力统称为名义应力（nominalstress）。26－1－2疲劳失效特征大量的试验结果以及实际