疲劳强度讲义22.doc

《疲劳强度讲义22.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章金属材料的疲劳特性一、金属材料循环应力-应变规律1．简单拉伸应力-应变关系图中：S点是材料屈服点；曲线OSC是材料的名义应力应变曲线；曲线OSA是材料真实应力应变曲线。2.应力-应变迟滞回线先拉伸加载到A点，然后卸载到零，再反向加载到同样大小的载荷，则曲线到B点。再卸载到零，再拉伸至A点，加载和卸载的应力-应变迹线形成一个闭环，称为迟滞回线或滞后环。疲劳实验所加的载荷都是循环载荷，对其描述如下：最大载荷最小载荷应力幅值平均应力应力幅度应力比R它们的关系是：=3．包辛格效应金属材料在拉伸变形后，继续拉伸就比较困难，但此时压缩变形反而变得容易了。反之亦然这表明金属

2、加工硬化具有方向性，金属材料这种反向加载屈服点会降低的现象称为包辛格效应。他是影响金属材料迟滞回线几何形状的重要因素。4．循环硬化和循环软化如果材料实验时每次加载时的应变值控制为恒定，此时可发现应力的变化有两种情况，一种是应力随循环次数的增加而增加，另一种是应力随循环次数的增加而减少。这就是材料的循环软化和硬化现象。当循环数达到材料总寿命的20%~50%时，应力-应变循环图达到稳定状态。循环硬化或软化，取决于材料的屈强比。对于钢、铝、钛合金，屈强比小于0.7时材料发生循环硬化，屈强比大于0.8时，材料发生循环软化。5．记忆特性图(a)表示循环路径从B到A后不是沿BA

3、的延长线到达点，而实在A点急剧拐弯，沿OA的延长线到C点。图（b）表示的是两次记忆。二、材料的S—N曲线S—N曲线表示材料在不同的应力(S)水平下所能承受循环载荷次数（N）的能力。1．S—N曲线分区从S—N曲线的坐标图上，可以区分各种疲劳强度的关系。A区----静强度区（不经循环就破坏）B区----低循环疲劳强度区C区----有限寿命疲劳强度区D区----疲劳持久区E区----变幅疲劳强度区，(如果在B、C、D区内是以对材料等幅加载所得的疲劳寿命，则当对材料实行变幅加载时，其寿命曲线必然落在E区。2．材料S—N曲线试验图2—9中，a-----等幅加载b------程

4、序加载（加载程序块如图2—10）c------随机加载3．S—N曲线数学表示为方便起见，S—N曲线通常用对数或半对数坐标系表示，这样S—N曲线可以简化为两条直线。在S—N曲线上取两点（,）,（）,则S—N曲线斜线部分可用如下方程表示：或：其中K---斜线部分斜率对于金属材料K在4~6之间S—N曲线的斜线部分也可以写成幂函数和指函数形式：，。其中m和C是通过试验确定的材料常数。三、试件S—N曲线向构件S—N曲线转换要对每一个构件进行疲劳试验是不可能的，因此要研究如何从试件的S—N曲线的到构件S—N曲线的方法。在试件与构件S—N曲线转换中，重点考虑“尺寸”和“表面状态”

5、的影响，研究表明，尺寸的影响在无限寿命区和有限寿命区是类似的，因此，构件的S—N曲线在有限寿命区和无限寿命区都由试件的S—N曲线乘上一个影响系数F，如下图，在有限寿命区，试件和构件的S—N曲线相互平行，就目前了解的情况来看，这种处理偏于保守。尺寸和表面状态影响主要在以下三个方面：几何形状差异的影响；制造技术的影响；表面状态的影响。即：F---影响系数---几何形状影响系数----制造技术综合系数---表面状态影响系数---制造技术影响系数1．几何形状差异影响几何形状差异影响可称为应力差异影响，一般情况下，几何形状影响只发生在应力分布不均匀的情况下，如弯曲载荷和扭转载

6、荷，当构件有缺口时，拉压载荷的应力也是不均匀的。---分别是试件和构件的有效应力集中系数，下标1表示试件，下标2表示构件。-也可以用理论应力集中系数表示---理论应力集中系数。n---理论应力集中系数与有效应力集中系数比值，，n是一个与材料和相对应力梯度有关的参数。资料推荐：1．制造技术影响由于制造工艺和热处理方法引起构件疲劳强度改变都归于此。制造技术影响程度要比几何形状影响大得多。以材料的强度极限作为参数。对于锻件：对于一般钢件，在试件和构件转换中：一般2．表面状态影响试件表面一般都经过磨削或抛光，而构件表面要粗造得多，必然引起疲劳强度的差异。下图表示的是钢材表面

7、状态影响系数与构件的抗拉强度极限和构件表面刀痕深度之间的关系：这种关系也可以用公式表示：---表面刀痕深度（）通常0。7铸铁的表面状态影响较小，一般可取。如果以选择到了合适的试件S—N曲线，则如下图构件的S—N曲线中的有限寿命段和无限寿命段可以通过考虑综合影响系数来确定，如：在选定试件的S—N曲线和决定影响系数时，要结合考虑这样几个因素：材料、热处理方法、载荷情况、平均应力或应力比R、环境条件、理论应力集中系数、构建几何形状等。四、根据材料的性能参数确定构件的S—N曲线如果对一种材料或构件根本没有可信的S—N曲线数据可循，可以从材料拉伸试验的统计数据中直接确定构