《疲劳裂纹特征.ppt

两种计算方法： A 安全—寿命设计 在规定的工作时间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现即为失效。可按σ——N曲线进行有限寿命和疲劳寿命疲劳计算，这也是本章介绍的计算方法。  B 破坏—安全设计 允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠地工作。可按疲劳裂纹寿命计算。 3.1 疲劳裂纹特征 在变应力工作下的零件，疲劳断裂是最主要的失效形式之一。零件的疲劳断裂占零件断裂的80%。 疲劳断裂截面→表面光滑的疲劳发展区+粗糙的脆性断裂区。 见书中图3.1和表3.1。 3.2 疲劳曲线和疲劳极限应力图 3.2.1 疲劳曲线 （σ—N或τ—N曲线） 疲劳极限——在循环特性r 下的变应力，经过N次循环后，材料 不发生破坏的应力的最大值。 表示方法为： 疲劳曲线——表示循环次数N～σrN或τrN之间的变化关系的曲线。  N0——循环基数  有限寿命区（N N0） 低周循环疲劳区——0N103(104) 疲劳极限接近屈 服极限,几乎与N无关。 高周循环疲劳区——103(104)≤N，疲劳极限随循环次 数的增加而降低。 无限寿命区（N≥N0） 疲劳极限与N无关，呈直线变化。所谓“无限”寿命是指零件承受的变应力水平低于或等于材料的疲劳极限σr，工作应力总循环次数可大于循环基数N0,并不是说永远不会产生破坏。 不同应力变化时的循环疲劳极限表示为： 有限寿命区： σrN ，τrN 无限寿命区：σr,τr；σ0、τ0，σ-1、τ-1 103（104）≤N≤N0范围的变化曲线方程为——疲劳方程 即  说明：１、式中，ｍ—为随材料和应力状态而变化的幂指数，钢受弯曲、拉伸、剪切应力时ｍ＝９，钢线接触时ｍ＝６，青铜弯曲应力时ｍ＝９，接触应力时ｍ＝８。  ｋ为寿命系数， 2.循环基数Ｎ０ 据材料性质不同Ｎ０取值也不同。通常金属的Ｎ０取为107，随着材料的硬度↑，Ｎ０↑。具体划分见书P38。有色金属及高强度合金钢的疲劳曲线没有无限寿命区。 ３. 不同循环特性ｒ时的疲劳曲线如图所示，ｒ↑→σrN↑、（τrＮ↑） ３.２.２　疲劳极限应力图 疲劳极限应力图表明材料在相同循环次数Ｎ和不同循环特性ｒ下的不同疲劳极限。用以以应力大小来判断零件工作的安全区域和失效区域。由实验得出。 图中各状态点说明： Ａ点——对称循环疲劳极限点（０，σ-1） B点——脉动循环疲劳极限点 F点——静强度极限点（σB，0） S点——屈服极限点（σS，0） 以上的抛物线图为实验所得的塑性材料疲劳极限应力图，折线为塑性材料简化的疲劳极限应力图，由图可知：零件的工作状态点应处于安全区（折线ABES以内），且距离ABES折线越远，工作应更安全。 3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素 3、3、1 应力集中的影响，影响系数为kσ kτ ——考虑零件几何形状的理论应力集中系数 q——考虑材料应力集中感受程度的敏感系数 3、3、2 尺寸的影响，影响系数为εσ ，ετ 3、3、3 表面状态的影响，影响系数为βσ βτ 综合影响系数 计算时： 1、零件的工作应力幅×综合影响系数（对平均应力影响很小）。 2、零件的极限应力幅÷综合影响系数? 3.4????许用疲劳极限应力图 3.4.1?? 稳定变应力和非稳定变应力 稳定变应力——每次循环中，σm，σa和周期T都不随时间t而变化的变应力。 非稳定变变应力——每次循环中只要σm，σa和T其中之一随时间t而变化的应力 它分为两种： （1）周期性非稳定变应力——由于载荷或工作转速的变化作周期性规律变化的变应力 （2）随机性非稳定变应力——由于载荷或工作转速的变化作非周期性规律变化的应力 3.4.2 许用疲劳极限应力图 在简化疲劳极限应力线图的基础上考虑综合影响系数（kσ）D （ kτ）D和寿命系数 kN 影响后而得到的。 说明： 综合影响系数（kσ）D （ kτ）D只对极限应力幅σa有影响，而寿命系数KN同时对极限应力幅和平均应力有影响。 图中： A点,A点——分别为对称循环变应力下疲劳极