机械工程材料-课件-1.ppt

第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 一. 疲劳的基本概念 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。 参量： 最大应力 最小应力： 应力幅 平均应力 应力比 应力变程 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 一. 疲劳的基本概念 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。 火车轴（弯曲） 曲轴（扭转） 连杆 小拉大压 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 一. 疲劳的基本概念 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。 齿轮齿根 （弯曲） 缸盖螺钉 大拉小压 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 一. 疲劳的基本概念 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。 齿轮齿根 （弯曲） 缸盖螺钉 大拉小压 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 一. 疲劳的基本概念 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 疲劳断裂之特点（较之静载和冲击载荷下的断裂） ①引起疲劳的应力很低，通常低于静载下的屈服强度； ②断裂时无明显的宏观塑性变形； 即使在静载和冲击载荷下有大量塑性变形的塑性材料，疲劳断裂也表现出脆断的宏观特征，危险性极大 ③疲劳断口能清楚地显示出裂纹的形成、扩展和最后断裂三个阶段 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 二. 疲劳断口的特征 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 典型的疲劳断口形貌由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分组成。 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 二. 疲劳断口的特征 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 1.疲劳源区: 材料内部缺陷→零件局部区域造成应力集中→该区域产生疲劳裂纹 2.疲劳裂纹扩展区: 疲劳裂纹形成后→继续扩展长大→载荷大小的改变→裂纹张开和闭合→扩展区留下一条条光亮的弧线（疲劳裂纹前沿线） 贝壳状—海滩状 3.最后断裂区: 疲劳裂纹不断扩展→零件有效截面逐渐减小→应力增加→超过材料断裂强度时→放射状断裂。 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 三. 疲劳抗力指标及其影响因素 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 无裂纹零件的疲劳 带裂纹零件的疲劳 经历扩展和最后断裂两个阶段 经历裂纹形成、扩展和最后断裂三个阶段 疲 劳 不同的抗力指标 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 三. 疲劳抗力指标及其影响因素 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 疲劳极限、过载持久值、疲劳缺口敏感度 材料承受的交变应力与断裂循环周次之间的关系曲线 1.无裂纹零件的疲劳抗力指标 σ愈大，循环周次愈小；σ愈小，断裂循环周次愈大。 低周疲劳 高周疲劳 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 三. 疲劳抗力指标及其影响因素 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 （1）疲劳极限和过载持久值 1.无裂纹零件的疲劳抗力指标 疲劳极限：当应力低于 时，即使循环无限多次也不会发生疲劳断裂，曲线水平部分对应的应力 ，就是疲劳极限。 过载持久值：材料在高于疲劳极限的应力作用下发生疲劳断裂的应力循环周次。 疲劳曲线越陡，值越高 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 三. 疲劳抗力指标及其影响因素 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 （2）疲劳缺口敏感度 1.无裂纹零件的疲劳抗力指标 疲劳缺口敏感度： 缺口类型： 孔、圆角、槽、台阶等 理论应力集中系数： 有效应力集中系数： 光滑件疲劳极限： 缺口件疲劳极限： 第一节 零件在常温静载下的过量变形 三. 过量变形失效 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效 1. 过量弹性变形及其抗力指标 （二）过量弹性变形的原因 零构件的刚度不够 （三）抗力指标 弹性模量E 或切变模G （三）不同材料的弹性模量 第一节 零件在常温静载下的过量变形 三. 过量变形失效 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效 1. 过量弹性变形及其抗力指标 弹性模量E 或切变模G,主要取决于材料中原子本性和原子间结合力。熔点越高，弹性模量也越高，随温度升高而降低。 金属材料的E取决于基体金属的性质，不能通过合金化、热处理、冷变形等方法使之改变。 第一节 零件在常温静载下的过量变形 三. 过量变形失效 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效 2. 过量塑性变形及其抗力指标 第一节 零件在常温静载下的过量变形 总 结 第一章 机械零件（或器件）的失效分析 第一节 零件在常温静载下的过量变形 应 用 第一章 机械零件（或器件）