弹塑性力学疲劳强度分析及设计ppt课件.ppt

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1、专题：疲劳与断裂主要的失效形式断裂、磨损和腐蚀。缓慢的过程突变行为断裂静态断裂动态断裂疲劳断裂冲击断裂金属在循环载荷作用下，即使所受的应力低于屈服强度，也会发生断裂，这种现象称为疲劳。在汽车上，大约有90%以上零件的失效可归结为疲劳。疲劳断裂，一般不发生明显的塑性变形，难以检测和预防，因而机件的疲劳断裂可能会造成很大的经济以至生命的损失。疲劳引起的大型灾难性事故1979年美国航空公司DG—10型三引擎巨型喷气客机连接引擎与机翼的螺栓因金属疲劳折断，从而导致引擎燃烧爆炸。机上273名乘客和机组人员无一幸免。疲劳引起的大型灾难性事故1985

2、年8月12日晚上7时许．日本航空公司的一架波音747宽体客机，撞在群马县附近的山上，机上509名乘客和15名机组人员仅4人获救外。其余52O人全部罹难，这是世界民航史上单机发生的最大空难事件。对飞机残骸的分析和同“黑匣子”记录仪进行对照后，飞机起飞12分钟后，发生了“异常的冲击”’，同时，压力隔板损坏，飞机密封性能的破坏使机舱内急剧减低压力；导致飞机垂直尾翼损坏并在空中分解。事故分析发现，这架飞机几年前发生过小失事，飞机尾舷材料疲劳而损坏过，检修工作进行得很马虎，在没有彻底排除病根的情况下就算检修完毕，并交付使用。这次飞行，由于高度上升

3、过程的速度快，机舱内外的气压发生急剧变化，机舱内空气压缩机受到的压力比机舱外大得多。于是，这一装置在一个临界时刻承受不了这种压力，使液压系统受损，导致强大的气流吹进垂直尾翼内，使升降航和方向航失去控制，尾翼上部和方向舵在一瞬间被撕裂而坠落。疲劳引起的大型灾难性事故1998年德国一列高速列车在行驶中突然出轨。事故是因为一节车厢的车轮内部疲劳断裂而引起，导致了近50年来德国最惨重铁路事故的发生。疲劳引起的大型灾难性事故2002年华航CI611飞机由于金属疲劳，造成空中解体，造成机上225名旅客及机员全部罹难。疲劳失效的过程和机制。介绍估算裂

4、纹形成寿命的方法，以及延寿技术。介绍一些疲劳研究的新成果。金属疲劳的基本概念和一般规律。本讲座主要介绍具体目的：▲精确地估算机械结构的零构件的疲劳寿命，简称定寿，保证在服役期内零构件不会发生疲劳失效；▲采用经济而有效的技术和管理措施以延长疲劳寿命，简称延寿，从而提高产品质量。循环应力（疲劳应力）是指应力随时间呈周期性的变化。循环应力-时间图——应力历程循环应力循环应力稳定循环应力不稳定循环应力非规律性:如汽车的钢板弹簧规律性:机床的主轴tσtσ非规律性规律性不稳定循环应力循环应力变化范围不变，即波形不变。波形通常是正弦波，此外还有

5、三角波以及其它波形。循环应力-时间图——应力历程稳定循环应力稳定循环应力●平均应力σmσm＝(σmax+σmin)／2●应力比（循环特性）RR=σmin/σmax●应力幅σa或应力范围（应力幅度）Δσσa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2,σmax和σmin分别为循环最大应力和循环最小应力；循环应力的特征参数：循环应力分为下列几种典型情况：对称循环应力σm=0，R＝-1。大多数轴类零件，通常受到对称循环应力的作用。不对称循环应力σm≠0，R＝-1。不对称拉伸平均应力循环应力σm＞0，-1＜R＜0。大拉小压循环。比较常见的不对称循环应

6、力不对称压缩平均应力循环应力0＜σm＜σa，-1＜R＜0结构中某些支撑件受到这种循环应力-大拉小压的作用。脉动循环应力σm=σa，R＝0齿轮的齿根和某些压力容器受到这种脉动循环应力的作用。波动循环应力σm>σa，0＜R＜1飞机机翼下翼面、钢梁的下翼缘以及预紧螺栓等，均承受这种循环应力的作用。静（循环）应力σa=0，R＝1疲劳的分类（1）按应力状态：弯曲疲劳、扭转疲劳、复合疲劳等；（2）按环境：腐蚀疲劳、热疲劳、接触疲劳等；（3）按循环周期：高周疲劳、低周疲劳；（4）按破坏原因：机械疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳。（5）按初始状态：无裂纹

7、零件和裂纹零件的疲劳疲劳的特点（1）最大应力<σb，甚至<σs；（2）突然出现结构断裂；（3）对材料的缺陷十分敏感；（4）疲劳过程中显示出裂纹的萌生、扩展和断裂。s－N疲劳曲线低周疲劳高周疲劳=104疲劳失效机理：金属零件疲劳断裂实质上是一个累计损伤过程。大体可划分为滑移、裂纹成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展、最终断裂几个过程。疲劳裂纹的萌生：在交变载荷下，金属零件表面产生不均匀滑移、金属内的非金属夹杂物和应力集中等均可能是产生疲劳裂纹核心的策源地。滑移带随着疲劳的进行逐步加宽加深，在表面出现挤出带和挤入槽，这种挤入槽就是疲劳

8、裂纹策源地。另外金属的晶界及非金属夹杂物等处以及零件应力集中的部位（台阶、尖角、键槽等）均会产生不均匀滑移，最后也形成疲劳裂纹核心。疲劳裂纹的扩展：在没有应力集中的情况下，疲劳裂纹的扩展可分为两个阶段；⑴在