疲劳断裂特征课件.ppt

《疲劳断裂特征课件.ppt》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、3.1　疲劳断裂特征3.2　疲劳曲线和疲劳极限应力图3.3影响疲劳强度的主要因素3.4　许用疲劳极限应力图3.5　稳定变应力时安全系数的计算3.6　规律性非稳定变应力时的机械零件疲劳强度两种疲劳强度计算准则1、安全--寿命设计----在规定的工作时间内不允许出现疲劳裂纹2、破损--安全设计----允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但需保证在规定的时间内仍能安全可靠地工作一、应力的种类Ｏtσσ=常数静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:变应力的循环特性:——脉动循环变应力——对称循环变应力-1=0+1

2、——静应力静应力是变应力的特例3.1　疲劳断裂特征脉动循环变应力r=0循环变应力对称循环变应力r=-1σmaxσmTσmaxσminσaσaσmＯtσσmaxσminσaσaＯtσＯtσσaσaσminr=+1循环应力下，零件的主要失效形式是疲劳断裂。二、疲劳断裂过程：裂纹萌生、裂纹扩展、断裂▲断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还是塑性材料，均表现为脆性断裂。更具突然性，更危险。疲劳断裂过程：▲断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。光滑的疲劳发展区粗糙的脆性断裂区裂纹萌生、裂纹扩展、断裂三、疲

3、劳断裂的特点：▲σmax≤σB甚至σmax≤σS▲疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果3.2.1疲劳曲线1.疲劳极限----在某一循环特性r下，经过N次循环作用而不发生疲劳破坏的最大应力称为疲劳极限(rN或rN)2.疲劳曲线----循环次数N与疲劳极限rN或rN之间的关系曲线3.2　疲劳曲线和疲劳极限应力图3、rN—N疲劳曲线用参数rN表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：rN—N疲劳曲线在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，即在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为

4、强度极限σB。AB段，应力循环次数<103，σrN变化很小，可以近似看作为静应力强度（静应力区）。NσrN0≈107CσBAN=1/4104B103DσrNN低周疲劳N<104静应力区N<103高周疲劳N>104BC段，N=103～104，随着N↑→σrN↓，材料破坏伴有塑性变形，称这一阶段的疲劳现象为应变疲劳。因N较小，特称为低周疲劳。σrNNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。CD段曲线可用下式描述10

5、4CB103有限寿命疲劳阶段无限寿命疲劳阶段m—与材料有关的常数C—常数由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞。于是有式中N0（循环基数）、σr（N0所对应的疲劳极限）及m（材料常数）的值由材料试验确定。σrNNσrN0≈107CσBAN=1/4104B103DσrNN低周疲劳N<104为寿命系数。静应力区N<103高周疲劳N>104试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的变应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，

6、如果作用的变应力最大应力小于D点的应力（σmax<σr），则无论循环多少次，材料都不会破坏。CD区间——有限疲劳寿命阶段D点之后——无限疲劳寿命阶段高周疲劳有关疲劳曲线说明1、循环基数N0与材料性质有关，硬度愈高，循环基数愈大。对于钢，若硬度350HB，取N0=106~107；350HB，取N0=10×107~25×107一般在计算KN时取N0=107有色金属N0=25×1072、指数m(随材料和应力状态而定的指数）3、不同循环特性的疲劳曲线具有相似的形状，r愈大rN也愈大材料的疲劳极限曲线也可用于特定

7、的应力循环次数N下，极限应力幅与平均应力之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线，也称为极限应力线图。（二次曲线）3.2.2疲劳极限应力图（等寿命疲劳曲线）单直线简化实际应用时常有两种简化方法。简化等寿命曲线（双直线极限应力线图）：对称循环σm=0,σmax=σa=σ-1脉动循环σm=σa=σ0/2双直线简化已知A(0，σ-1)B(σ0/2，σ0/2)两点坐标，求得AB直线的方程为:AE直线上任意点代表一定循环特性时的疲劳极限。ES直线上任意点的最大应力均达到了屈服极限。ES直线上任意点C’的坐标为（σ’m，σ

8、’a）由三角形中两条直角边相等可求得ES直线的方程为当循环应力参数（σm，σa）落在OABES以内时，表示不会发生疲劳破坏。而正好落在ABE折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。当应力点落在ABES以外时，一定会发生疲劳破坏。公式中的参数ψσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定对于碳钢，ψσ≈0.1～0.2，对于合金钢，ψσ≈0.2～0.3。1、应力集中的影响3.3影响机械零