疲劳断裂 总结

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1、第三部分疲劳断裂疲劳断裂是金属结构失效的一种主要型式，典型焊接结构疲劳破坏事例表明疲劳断裂几率高，具有广泛研究意义。疲劳破坏发生在承受交变或波动应变的构件中，一般说来，其最大应力低于材料抗拉强度，甚至低于材料的屈服点，因此断裂往往是无明显塑性变形的低应力断裂。疲劳断裂过程的研究表明，疲劳寿命不是决定于裂纹产生，而是决定于裂纹增大和扩展。因此，本章将在介绍疲劳断裂的基本特征和基本概念基础上，利用断裂力学原理着重分析疲劳裂纹的扩展机理、规律、影响因素及疲劳寿命估算。§3-1疲劳的基本概念在交变载荷作用下，金属结构产生的破坏现象称为疲劳破坏。为防止结构在工作时发生疲劳破坏传统疲劳设计采用σ―N曲

2、线法确定疲劳强度。一、应力疲劳和应变疲劳1、应力疲劳在低应力、高循环、低扩展速率的疲劳称为应力疲劳，也叫弹性疲劳。七特点是在应力循环条件下，裂纹在弹性区内扩展，且裂纹扩展速率低。2、应变疲劳在高应力、低循环、高扩展速率下的疲劳称为应变疲劳，也叫塑性疲劳。其特点是应变幅值很高，最大应变接近屈服应变，故疲劳裂纹扩展速率高（达每次循环10-2mm），寿命短（小于104周）。二、疲劳强度和疲劳极限1、乌勒（Wöhler）疲劳曲线（1）结构在多次循环载荷作用下，在工作应力σ（σmax）小于强度极限σb时即破坏，在不同载荷下使结构破坏所需的加载次数N也不同，表达结构破坏载荷σ和所需加载次数N之间的关系

3、（σ―N）即为乌勒（Wöhler）疲劳曲线。（2）疲劳曲线在加载次数N很大时趋于水平，若以σ―lgN表示则为两段直线关系（3）图示（略）2、疲劳强度（条件疲劳极限）（1）疲劳曲线上对应于某一循环次数N的强度极限σ即为该循环下的疲劳强度（σr）（2）σr=f（N）σr对应σmax，一般N<1073、疲劳极限（1）结构对应于无限次应力循环而不破坏的强度极限即疲劳极限（2）为σ―lgN疲劳图中的水平渐近线12三、应力循环特性1、应力循环中各参数及应力循环特性系数①σmax―应力循环中最大应力值，σmax=σm+σa②σmin―应力循环中最小应力值，σmin=σm-σa③σm=（σmax+σmin

4、）/2--应力循环中平均应力值④σa=（σmax-σmin）/2―应力循环中应力振幅⑤r=σmin/σmax―应力循环中应力循环特性系数2、特殊循环特性(1)对称交变载荷，r=-1，疲劳强度σ-1(2)脉动载荷，r=0，疲劳强度σ0(3)拉伸变载荷，0

5、示在一定循环次数下疲劳强度σr与应力循环特性系数r之间关系的曲线即疲劳图，有四种表示法：σmax―r、σmax―σm、σa―σm、σmax―σmin。2、疲劳图意义（1）工程上可用疲劳图查找疲劳强度用于结构设计（2）用于疲劳断裂机理探讨3、疲劳强度表示法已知应力循环特性r要求会用疲劳图求疲劳强度σr，并熟练掌握特殊循环特性的疲劳强度σ1、σ0、σ-1。（1）σmax―rσmax和r表示的疲劳图(如图6所示)，它能直榜的将σmax和r12的关系表示出来。（1）σmax―σm用σmax和σm表示的疲劳图如图7所示，横坐标表示平均应力σm，纵坐标表示应力σmax和σmin，在与水平线成45角的方

6、向绘一虚线，将振幅的数值σa对称地绘在斜线两侧，两曲线相交于C点表示振幅σa=0，其疲劳强度为静载强度σb，线段ON表示对称循环时的疲劳强度σ-1，此时σm等于零，线段O¹N¹表示脉动循环时疲劳强度σ0。从该疲劳图上可以用作图法求出任何循环特性系数(r)下的疲劳强度，自0点作一与水平线成α角的直线，使tgα=σmax/σm=2σmax/（σmax+σmin）=2/（1+r）则直线与图形上部曲线交点的纵坐标就是r循环特性下的疲劳强度σr。（2）σa―σm用σa和σm表示的疲劳图如图8所示。横坐标为σm，纵坐标为σa，曲线上各点疲劳强度σr=σa+σm。纵坐标A交点为对称循环时疲劳强度σ-1，

7、横坐标B交点为静载强度σb，从0作45射线与曲线交点C表示脉动循环，其疲劳强度σ0=σa+σm=2σa=2σm。若自0点作α角射线与曲线相交，并使tgα=σa/σm=（1-r）/（1+r），则交点的σa+σm=σr，即为r时的疲劳强度。（3）σmax―σmin用σmax和σmin表示的疲劳图如图9所示，由原点0出发的每条射线代表一种循环特性，如原点向左与横坐标成45°的直线表示交变载荷，r=σmim/σmax=-1，它与