材料的疲劳性能(收藏)

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1、第五章材料的疲劳性能一•本章的教学目的与要求木章主要介绍材料的疲劳性能，要求学生掌握疲劳破坏的定义和特点，疲劳断口的宏观特征，金属以及非金属材料疲劳破坏的机理，各种疲劳抗力指标，例如疲劳强度，过载持久值，疲劳缺11皱感度，疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值,彩响材料疲劳强度的因素和热疲劳损伤的特征及其影响因素，目的是为疲劳强度设计和选用材料建立基本思路。二.教学重点与难点1.疲劳破坏的i般规律（重点）2.金屈材料疲劳破坏机理（难点）3.疲劳抗力指标（重点）4.影响材料及机件疲劳强度的因素（重点）5热疲劳（难点）三.主要外语词汇疲劳强度:fati

2、guestrength断口：fracture过载持久值：overloadoflastingvalue疲劳缺口敏感度：fatiguenotchsensitivity疲劳裂纹扩展速率：fatiguecrackgrowthrate裂纹扩展门槛值：thresholdofcrackpropagation热疲劳：thermalfatigue四.参考文献1・张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通大学岀版社，20092.束徳林.金属力学性能.北京：机械工业出版社，19953.石德珂，金志浩等.材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，19964.郑修麟.材料的

3、力学性能.西安：西北工业大学岀版社，19945•姜伟Z,赵时熙等•工程材料力学性能•北京：北京航空航犬大学出版社，19916.朱有利等.某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析[J].装甲兵工程学院学报,2010,24（5）:78-81五.授课内容第五章材料的疲劳性能第一节疲劳破坏的一般规律1、疲劳的定义材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。2、变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动应力：变动载荷在单位面积上的平均值分为：规则周期变动应力和无规则随机变动应力3、循环载荷(应力)的表征①最大循环应力：6iax②最小循

4、环应力：Omin③平均应力：O沪(％ax+%in)/2④应力幅Oa或应力范fflAo：Ao=°maxPminOa=A°/2=(5nax・Omin)々⑤应力比(或称循环应力特征系数)：r=Onun/Omax5、循环应力分类按平均应力、应力幅、应力比的不同，循环应力分为①对称循环(Qmax+Qmin)々=0r=-l属于此类的有：大多数旋转轴类零件。②不对称循环時0如：发动机连杆、螺栓(a)Qa>Om>0,-10,6H<0,r<-l(§)脉动循环bm=Oa>0,r=0(Omin=0)如:齿轮的齿根、压力容器。nni=oa<0,r=

5、00(Omax=0)如：轴承(压应力)④波动循环Om>600女口：发动机气缸盖、螺栓。⑤随机变动应力应力大小、方向随机变化，无规律性。女口：汽车、飞机零件、轮船。二、疲劳破坏的特点在变动载荷作用下，材料薄弱区域，逐渐发生损伤，损伤累积到一定程度-产生裂纹，裂纹不断扩展-失稳断裂。特点：从局部区域开始的损伤，不断累积，最终引起整体破坏。1、潜藏的突发性破坏，脆性断裂(即使是塑性材料)。2、屈低应力循环延时断裂(滞后断裂)。3、对缺陷十分敏感(可加速疲劳进程)。三、疲劳破坏的分类劳劳劳劳劳疲疲疲疲疲曲转压触合弯扭拉接复1、按应力状

6、态：2、按应力大小和断裂寿命N>105,6<6S高周疲劳一>低应力疲劳N=l（）2〜10為6>6S低周疲劳一>高应力疲劳四、疲劳破坏的表征一疲劳寿命疲劳寿命：材料疲劳失效前的工作时间，即循环次数N。疲劳曲线：应力NJ五、疲劳断口的宏观特征典型疲劳断口具冇3个特征区：疲劳源疲劳裂纹扩展区瞬断区1、疲劳源疲劳裂纹萌牛区，多出现在零件表面，与加工刀痕、缺口、裂纹、蚀坑等相连。特征：光亮，因为疲劳源区裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多。疲劳源可以是一个，也可以冇多个。如：单向弯曲，只冇一个疲劳源；双向弯曲，可岀现两个疲劳源。特征：断口较光滑并分布有贝纹线或

7、裂纹扩展台阶。贝纹线是疲劳区最典型的特征,是一簇以疲劳源为【员I心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向，近疲劳源区贝纹线较细密（裂纹扩展较慢）,远疲劳源区贝纹线较稀疏、粗糙（裂纹扩展较快）。贝纹线（海滩花样）贝纹线区的大小取决于过载程度及材料的韧性，高名义应力或材料韧性较差时，贝纹线区不明显；反Z,低名义应力或高韧性材料，贝纹线粗且明显，范围大。名义载荷根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。即机器平稳工作条件下作用于零件上的载荷。计算载荷=载荷系数*名义载荷3、瞬断区裂纹失稳扩展形成的区域断口特征：断口粗糙，脆性材料断口呈

8、结晶状；韧性材料断口在心部平面应变区呈放射状或人字纹状；表而平而应力区则冇剪切唇区存在。瞬断区一般在疲劳源对侧瞬断区大小与名义应力、材料性质有关高名义