疲劳的基础知识课件.ppt

4 疲劳载荷类型与S-N曲线 4.1 疲劳载荷的类型与基本术语 5）应力比，有时又称为不对称系数 当R=-1时的循环应力即为对称循环应力，当R≠0时统称不对称循环应力。其中，R=0时为拉伸脉动应力循环，R=-∞时为压缩脉动循环，R=1是静载荷 6）平均应力，用σm表示 4 疲劳载荷类型与S-N曲线 4.1 疲劳载荷的类型与基本术语 7）静载荷到底对疲劳有没有影响？ 静载分量或平均应力对构件的疲劳强度有一定的影响。压缩平均应力往往提高构件的疲劳强度，而拉伸平均应力往往降低构件的疲劳强度。 在疲劳强度和疲劳寿命的研究中，给定一个循环应力水平时，需要同时给出应力幅σa和应力比R。 或者同时给出最大应力σmax和平均应力σm，也有时直接给出最大应力σmax和最小应力σmin来表示循环应力水平。 4 疲劳载荷类型与S-N曲线 已知 、R时，其它参数便可由下式得到 已知 、 ，求 4 疲劳载荷类型与S-N曲线 4.2 材料的S-N曲线与基本术语 1）一般情况下，材料所承受的循环载荷的应力幅越小，到发生疲劳破断时所经历的应力循环次数越长。 2）S-N曲线就是材料所承受的应力幅水平与该应力幅下发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数的关系曲线。 3）S-N曲线一般是使用标准试样进行疲劳试验获得的。 σ-1 σ N S-N疲劳曲线 纵坐标表示试样承受的应力幅，有时也表示为最大应力，但二者一般都用σ表示；横坐标表示应力循环次数，常用Nf表示 4 疲劳载荷类型与S-N曲线 4.2 材料的S-N曲线与基本术语 4）S-N曲线的一般形状和若干特性值(进一步说明) 材料疲劳性能试验所用标准试件，一般是小尺寸（3-10mm)光滑圆柱试件.材料的S-N曲线,给出的是光滑材料在恒幅对称循环应力作用下的裂纹萌生寿命。 用一组标准试件，在给定的应力比R下，施加不同的应力幅，进行疲劳试验，记录相应的寿命N，即可得到所示的S-N曲线。寿命N趋于无穷大时所对应的应力的极限值Sf，称为材料的疲劳极限。 由于疲劳极限是由试验确定的，试验又不能一直做下去，所以在许多试验研究的基础上。定义： 钢材，107 次循环；焊接件，2x106 次循环；有色金属，108 次循环 4 疲劳载荷类型与S-N曲线 4.2 材料的S-N曲线与基本术语 为使用方便，在双对数坐标系下S-N曲线被近似简化成两条直线。 S-N曲线中的水平直线部分对应的应力水平就是材料的疲劳极限，其原意为材料经受无数次应力循环都不发生破坏的应力极限； 对钢铁材料此“无限”的定义一般为107次应力循环。 但现代高速疲劳试验机的研究成果表明，即使应力循环次数超过107材料仍然有可能发生疲劳断裂。 某些不锈钢和有色金属的S-N中没有水平直线部分，此时的疲劳极限都一般定义为108次应力循环下对应的应力幅水平。 疲劳极限是材料抗疲劳能力的重要性能指标，也是进行疲劳强度的无限寿命设计的主要依据。 4 疲劳载荷类型与S-N曲线 4.3 材料的S-N曲线的数学表达 式中σ为应力幅或最大应力，N为达到疲劳破断时的应力循环次数，m，C材料常数。 斜线部分是零部件疲劳强度的有限寿命设计或疲劳寿命计算的主要依据。材料或构件到发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数称为材料或构件的疲劳寿命，通常它包括疲劳裂纹的萌生寿命与扩展寿命之和。 疲劳裂纹萌生寿命为构件从开始使用到局部区域产生疲劳损伤累积、萌生裂纹时的寿命；裂纹扩展寿命为构件在裂纹萌生后继续使用而导致裂纹扩展达到疲劳破坏时的寿命。 在疲劳强度设计中，疲劳破坏可能被定义为疲劳破断或规定的报废限度。 σ-1 σ N 5 Miner损伤累积的能量属性 5 Miner损伤累积的能量属性 Miner线性累积损伤理论 是最适用和简单的； Miner理论认为材料的疲劳破坏是由于循环载荷的作用而产生损伤并积累造成的 ； 疲劳损伤累积达到破坏时吸收的净功W与疲劳载荷的加载历史无关，并且材料的疲劳损伤程度与应力循环次数成正比。 设材料在某一等级应力下达到破坏时的应力循环次数为N1，经n1次应力循环而产生疲劳损伤吸收的净功为W1 ： 5 Miner损伤累积的能量属性 在i个应力水平级别下，分别对应ni次应力循环时，材料疲劳累积损伤为： ni表示第i级应力水平下经过的应力循环数；Ni表示第i级应力水平下达到破坏时的应力循环数。 每种给定的具体结构都具有一定的抵抗疲劳破坏的能量，当结构形式确定后，该结构所具有抵抗疲劳破坏所储存的能量就是一个常量。 在结构受到疲劳载荷作用下