《疲劳断裂分析》PPT课件

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1、4.1应力疲劳1.S-N曲线反映外载应力水平S与失效寿命N之间的关系；一般来讲，S指的是最大应力Smax，需要给出应力比R。S-N曲线4.1应力疲劳试验方法：扭转疲劳试验、弯曲疲劳试验、拉压疲劳试验常用标准试样：圆棒试样（光滑、缺口）、板状试样（光滑、缺口）1.S-N曲线：试验方法4.1应力疲劳《金属轴向疲劳试验方法》（GB3075-82）《材料疲劳试验统计分析》（HB/Z112-86）加工标准试验件，利用升降法得到。首先取第一根试样试验应力水平略高于预计的疲劳极限（5％）以内，然后根据试验结果决定下一根的应力水平，直至完成试验（15个有效试

2、样）以第一步中试验所得疲劳极限为S-N曲线中的最低应力水平点，至少用四级应力水平整组试验，完成S-N曲线。1.S-N曲线：试验方法4.1应力疲劳幂函数式（双对数曲线）4.14.2式中：m与C是与材料、应力比、加载方式等有关的参数，A=lgC/m;B=-1/m.最常用的一种拟合形式1.S-N曲线：数学表达4.1应力疲劳指数式（半对数曲线）4.34.4式中：m与C是与材料、应力比、加载方式等有关的参数，A=lgC/mlge;B=1/mlge.1.S-N曲线：数学表达4.1应力疲劳疲劳极限σR与抗拉强度σb的关系1.S-N曲线：疲劳极限经验关系式钢

3、的疲劳极限与抗拉强度的关系4.1应力疲劳疲劳极限σR与抗拉强度σb的关系：0.35～0.5之间（R=-1）旋转弯曲：拉压载荷：一般0.3～0.45对称扭转：一般0.25～0.31.S-N曲线：疲劳极限经验关系式4.54.64.74.1应力疲劳1.S-N曲线：疲劳极限经验关系式4.84.94.10Ψ：断面收缩率4.1应力疲劳1.S-N曲线：近似估计（无试验数据）4.14将4.14式所得值带入4.1式则可得近似103－106内的S-N曲线，预测结果偏保守。进而可得：4.1应力疲劳1.S-N曲线：近似估计4.11疲劳极限取偏保守估计即：k：式4.5

4、-4.10中系数将4.11和4.12带入Sm·N=C,可得：假设当N=103时，有：4.124.134.1应力疲劳2.等寿命曲线：平均应力（应力比）的影响σa一定时，R与σm一一对应。4.1应力疲劳2.等寿命曲线：平均应力（应力比）的影响平均应力的影响一般来讲，当应力幅一定的时候，随着平均应力的增大（R增大），疲劳强度降低或者说同等应力条件下疲劳寿命下降。注意区分最大应力条件下疲劳强度与应力比的关系4.1应力疲劳2.等寿命曲线：经验公式试验不可能给出各种应力比条件下的S-N曲线，如何消除平均应力的影响，利用R=-1时的S-N曲线给出所有条件下

5、的预测寿命呢？应力幅σa与平均应力σm的关系σaσ-1σbσm寿命一定时，平均应力σm越大应力幅σa越小二者存在着对应关系4.1应力疲劳2.等寿命曲线：经验公式利用经验关系式给定应力幅σa与平均应力σm的关系，进而在一组试验数据（R=-1）进行疲劳寿命预测。应力幅σa与平均应力σm的关系σbσmσaσ-1σ-1σbσy4.1应力疲劳2.等寿命曲线：经验公式Gerber关系：1874年4.14Goodman关系：1899年4.15Soderberg关系：1939年4.164.1应力疲劳2.等寿命曲线：例4-1：构件受拉压循环应力作用，其中σma

6、x＝800MPa,σmin＝80MPa，已知材料的抗拉强度σb=1200MPa,试估算其疲劳寿命。4.1应力疲劳2.等寿命曲线：作业构件受拉压循环应力作用，其中σmax＝800MPa,R=0.2，已知材料的抗拉强度σb=1400MPa,屈服强度σy=1400MPa，试估算其疲劳寿命，其中σ-1利用下式计算。K值自取4.1应力疲劳2.等寿命曲线：7075－T6铝合金等寿命曲线4.1应力疲劳3.缺口构件S-N曲线：疲劳缺口系数在考虑缺口对疲劳性能的影响时，通常采用的不是应力集中系数，而是疲劳缺口系数。4.1应力疲劳3.缺口构件S-N曲线：疲劳缺口

7、系数定义：Kf＝光滑试样的疲劳强度/缺口试样的疲劳强度q：缺口敏感系数介于0～1之间，与材料性质及缺口几何形状有关q=1：表示材料对应力集中非常敏感，如塑性差的结构钢等塑性好的材料对应力集中不敏感！4.174.1应力疲劳疲劳缺口系数疲劳试验：最可靠、费时费财经验公式：Neuber－Kuhn公式式中：4.184.1应力疲劳疲劳缺口系数经验公式：Peterson公式式中：4.194.1应力疲劳疲劳缺口系数经验公式：Kf的经验表达式4.1应力疲劳3.缺口构件S-N曲线：缺口疲劳试验近似估计4.1应力疲劳4.Miner线性累计损伤理论：定义：若构件在

8、横幅应力水平σ作用下，循环至破坏的寿命为N，则可定义经过n次循环时的损伤为：D=0：构件未疲劳损伤；D＝1:构件发生疲劳破坏。若构件在σi作用下，经过ni次循环的损