疲劳强度概述课件.ppt

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1、§10-1交变应力与疲劳失效§10-2交变应力的循环特征§10-3S-N曲线和材料的疲劳极限§10-4影响疲劳极限的主要因素§10-5构件的疲劳强度计算§10-6Miner线性累积损伤理论第十章疲劳强度概述§10-1交变应力与疲劳失效交变应力：构件内随时间作周期性变化的应力。①折断一根铁丝的启示疲劳与疲劳破坏：结构的构件在交变应力的作用下发生的破坏现象，称为疲劳破坏，简称疲劳②齿轮啮合时齿根A点的弯曲正应力随时间作周期性变化。车轴每转一周，某点处的材料即经历一次由拉伸到压缩的应力循环。③机车车轴§10-1交变应力与疲劳失效因疲劳破坏是在没有明显征兆的

2、情况下突然发生的，极易造成严重事故。据统计，机械零件，尤其是高速运转的构件的破坏，大部分属于疲劳破坏。§10-1交变应力与疲劳失效构件在交变应力作用下失效时，具有如下特征：1）破坏时的最大应力值往往低于材料在静载作用下的屈服应力；2）构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环；3）构件在破坏前没有明显的塑性变形预兆，即使塑性材料，也将呈现“突然”的脆性断裂；（危害性）4）金属材料疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。（判断依据）§10-1交变应力与疲劳失效疲劳失效机理疲劳源裂纹扩展光滑区粗糙区脆断金属材料裂纹§10-1交变应力与疲劳

3、失效§10-1交变应力与疲劳失效1979年，美国DE-10型飞机失事，死亡270人，原因螺旋桨转轴发生疲劳破坏，该型号飞机停飞一年，全面检修，是设计问题。疲劳破坏案例1§10-1交变应力与疲劳失效1981年初，欧洲北海油田“基尔兰”号平台覆灭，死亡123人，原因疲劳破坏，横梁在海浪的交变应力作用下，横梁承孔边裂缝，当时大风掀起7米巨浪，10105吨的浮台沉没于大海之中疲劳破坏案例2§10-1交变应力与疲劳失效1998年5月，德国高速列车出轨，原因列车大轴发生疲劳破坏。疲劳破坏案例3§10-1交变应力与疲劳失效§10-2交变应力的循环特征应力循环：应力

4、每重复变化一次，称为一个应力循环。完成一个应力循环所需的时间T，称为一个周期。§10-2交变应力的循环特征§10-2交变应力的循环特征1.对称循环如:机车车轴§10-2交变应力的循环特征2.脉动循环§10-2交变应力的循环特征3.静载§10-2交变应力的循环特征§10-3S-N曲线和材料的疲劳极限试件分为若干组，最大应力值由高到底，以电动机带动试样旋转，让每组试件经历对称循环的交变应力，直至断裂破坏。记录每根试件中的最大应力（即疲劳强度）及发生破坏时的应力循环次数（又称疲劳寿命），即可得S—N应力寿命曲线。疲劳试验与S-N曲线S-N曲线为对称循环时材

5、料的疲劳极限§10-3S-N曲线和材料的疲劳极限以最大应力为纵坐标，循环次数（寿命）为横坐标，将疲劳试验结果描绘成的曲线，称为应力—寿命曲线或S-N曲线材料的疲劳极限有色金属及其合金的应力—寿命曲线无明显趋于水平的直线部分。通常规定N0=(5-10)×107作为循环基数，所对应的应力为该材料的条件疲劳极限。§10-3S-N曲线和材料的疲劳极限钢材料的疲劳极限与强度极限的近似关系：弯曲：拉压：扭转：§10-3S-N曲线和材料的疲劳极限§10-4影响疲劳极限的主要因素1.构件外形的影响2.构件截面尺寸的影响3.构件表面加工质量的影响构件外形的影响构件外形

6、的突变（槽、孔、缺口、轴肩等）引起应力集中。应力集中区易引发疲劳裂纹，使疲劳极限显著降低。用有效应力集中因数或描述外形突变的影响：或其中：或是无应力集中的光滑试件的疲劳极限，或是有外形突变试件的疲劳极限。且§10-4影响疲劳极限的主要因素越小，则有效应力集中因数越大；材料的抗拉强度越高，应力集中对疲劳极限的影响愈显著。§10-4影响疲劳极限的主要因素构件尺寸的影响如受扭转大、小二圆截面试件，如二者的最大剪应力相同，则大试件横截面上的高应力区比小试件的大。即大试件中处于高应力状态的晶粒比小试件的多，故引发疲劳裂纹的机会也多。§10-4影响疲劳极限的主要

7、因素构件尺寸越大，疲劳极限越低构件尺寸的影响用尺寸因数或表示。或且d越大，越小，愈小。§10-4影响疲劳极限的主要因素其中：为光滑小试件疲劳极限为光滑大试件疲劳极限构件表面质量的影响构件上的最大应力常发生于表层，疲劳裂纹也多生成于表层。故构件表面的加工缺陷（划痕、擦伤）等将引起应力集中，降低疲劳极限。用表面质量因数表示其中：为表面磨光试件的疲劳极限为用其它方法加工的构件疲劳极限§10-4影响疲劳极限的主要因素表面加工质量愈低，愈小，降低愈多。一般，但可通过对构件表面作强化处理而得到大于1的值。综合上述三种因素，对称循环下构件的疲劳极限为：或其中：，是

8、光滑小试件的疲劳极限。§10-4影响疲劳极限的主要因素疲劳裂纹主要形成于构件表面和应力集中部位，故提高构件疲