强度理论-应力寿命法2课件.ppt

强度理论与方法（2）  高周疲劳 S-N曲线 疲劳极限 影响疲劳强度的因素 永久疲劳寿命设计方法 1.S-N曲线 循环载荷引起失效(例如车轴) Wohler开始合金旋转弯曲测试并提出S-N曲线 S-N曲线→经验设计方法→应力寿命法 影响因素 频率：v 或 f 单位Hz。如3000rpm的旋转机械，f ＝50Hz。通常如果存在环境效应，如潮湿或升温则影响疲劳。 波形：应力历史是正弦波、方波或者别的波形吗？同频率一样，通常如果有环境效应则影响疲劳。 * ——高周疲劳 循环加载下典型的应力历史描述如下： R=-1 (Sa=Smax)条件下得到的S-N曲线。 基本S-N曲线： 1. 一般形状及特性值 用一组标准试件，在R=-1下，施加不同的Sa，进行疲劳试验，可得到S-N曲线。 S-N曲线上对应于寿命N的应力，称为寿命为N循环的疲劳强度。 S 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 N f S N 疲劳强度(fatigue strength) SN： “无穷大”一般被定义为： 钢材，107次循环； 焊接件，2×106次循环； 有色金属，108次循环。 S 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 N f S N S f 疲劳极限(endurance limit ) Sf： 寿命N趋于无穷大时所对应的应力S的极限值 Sf。 特别地，对称循环下的疲劳极限Sf(R=-1)，简记为S-1. 满足S＜Sf的设计，即无限寿命设计。 2. S-N曲线的数学表达 1) 幂函数式 Sm.N=C m与C是与材料、应力比、加载方式等有关的参数。 二边取对数，有: lg S=A+B lgN S-N间有对数线性关系； 参数 A=LgC/m, B=-1/m。 Lg S 3 4 5 6 7 Lg N S f 考虑疲劳极限Sf，且当S趋近于Sf时，N??。 2) 指数式 ： em s.N=C 二边取对数后成为： S=A+B lg N （半对数线性关系） 最常用的是幂函数式。 高周应力疲劳，适合于 N104-107。 S 3 4 5 6 7 Lg N S f 3) 三参数式 (S-Sf)m.N=C 3. S-N曲线的近似估计 斜线OA+水平线AB R=-1，旋转弯曲时有： Sf(bending)=0.5Su (Su 1400MPa) 分散在(0.3-0.6)Su间 Sf(bending)=700MPa (Su 1400MPa) 1)疲劳极限Sf与极限强度Su之关系 500 500 1000 1500 200 800 0 A B 旋 转 弯 曲 疲 劳 极 限 S MPa f 材料极限强度 S MPa u S /S =0.5 f u S =700 f 常用金属材料数据图 轴向拉压载荷作用下的疲劳极限可估计为： Sf(tension)=0.7Sf(benting)=0.35Su 实验在(0.3-0.45)Su之间 高强脆性材料，极限强度Su取为 ?b ； 延性材料, Su取为 ?ys。 扭转载荷作用下的疲劳极限可估计为： Sf(torsion)=0.577Sf(benting)=0.29Su 实验在(0.25-0.3)Su之间 注意，不同载荷形式下的Sf和S-N曲线是不同的。 故由S-N曲线有： (0.9Su)m×103=(kSu)m×106 =C 参数为： m=3/lg (0.9/k)； C=(0.9Su)m×103 假定1：寿命 N=103时，有： S103=0.9Su； 高周疲劳：N103。 已知Sf 和 Su, S-N曲线用 Sm.N=C 表达。 假定2：寿命N=106时， S106=Sf=kSu, 如弯曲时，k=0.5。 2)无实验数据时S-N曲线的估计 (供初步设计参考) Lg S 3 4 5 6 7 Lg N 1 2 0 S u S f 裂纹萌生寿命，“破坏”定义为： 1.标准小尺寸试件断裂。 2.出现可见小裂纹, 或可测的应变降。 S-N曲线测试方法