复习3疲劳强度：3.3.12-13精要.ppt

国际焊接工程师 3/3.12-13断裂力学ⅢⅣIntroduction to fracture mechanics焊接结构的疲劳强度 主要内容 疲劳的基本概念 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 影响焊接接头疲劳强度的因素 提高焊接结构疲劳强度的措施 3.1 疲劳的基本概念 疲劳的基本概念 3.1.1 应力疲劳和应变疲劳 应力疲劳 低应力、高循环、低扩展速率的疲劳称为应力疲劳，也叫弹性疲劳。 在应力循环条件下，裂纹在弹性区内扩展，且裂纹扩展速率低。 应变疲劳 在高应力、低循环、高扩展速率下的疲劳称为应变疲劳，也叫塑性疲劳。 应变幅值很高，最大接近屈服应变，故疲劳裂纹扩展速率高（达每次循环10-2mm），寿命短（小于104周） 疲劳的基本概念 3.1.2 疲劳强度和疲劳极限 乌勒（W?hler）疲劳曲线 结构在多次循环载荷作用下，在工作应力σ（σmax）小于强度极限σb时即破坏，在不同载荷下使结构破坏所需的加载次数N也不同 表达结构破坏载荷σ和所需加载次数N之间的关系（σ―N）即为乌勒（W?hler）疲劳曲线 疲劳曲线在加载次数N很大时趋于水平，若以σ―lgN表示则为两段直线关系 疲劳的基本概念 3.1.2 疲劳强度和疲劳极限 疲劳强度（条件疲劳极限） 疲劳曲线上对应于某一循环次数N的强度极限σ即为该循环下的疲劳强度（σr） σr =f（N） σr对应σmax，一般N107 疲劳极限 构对应于无限次应力循环而不破坏的强度极限即疲劳极限 为σ―lgN疲劳图中的水平渐近线 疲劳的基本概念 特殊循环特性 对称交变载荷，r=-1，疲劳强度σ-1 脉动载荷，r=0，疲劳强度σ0 拉伸变载荷，0r1，疲劳强度σr 拉伸变载荷，σmin和σmax均为拉应力，但大小不等，0r1，其疲劳强度用σr，脚标r用相应的特性系数表示。 疲劳的基本概念 3.1.4 疲劳强度表示法 疲劳图概念 表示在一定循环次数下疲劳强度σr与应力循环特性系数r之间关系的曲线 有四种表示法 σmax——r σmax——σm σa——σm σmax——σmin 疲劳的基本概念 σmax―r 疲劳图 能直观表示σmax和r的关系 疲劳的基本概念 σmax―σmin疲劳图 原点向左与横坐标成45°的直线表示交变载荷，r =σmim/σmax=-1，它与曲线交于B点，BB1即为σ-1 向右与横坐标成45的直线表示静载r=l，它与曲线交于D点DD1即为静载强度σb 纵坐标本身又表示脉动载荷r =0，CC1即为σ0 疲劳的基本概念 σmax―σmin应用实例 静载强度为 60kgf/mm2(588Mpa) 200万次脉动循环的疲劳强度为 3lkgf/mm2(304Mpa) 交变载荷r = -1的疲劳强度为 20kgf／mm2 (196Mpa) r=1/2疲劳强度为 42kgf／mm2 3.2 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 3.2.1 疲劳裂纹扩展过程 整个疲劳断裂过程分为三个阶段 微裂纹产生→疲劳裂纹扩展→断裂 （1）初始微裂纹产生 （2）稳定扩展阶段 （3）失稳扩展阶段 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 3.2.2 疲劳破坏的基本特征 （1）疲劳破坏是经多次交变载荷作用形成的，裂纹扩展缓慢 （2）结构疲劳强度与应力集中关系密切，对应力集中十分敏感，与温度的关系不大 （3）疲劳破坏时变形小 （4）疲劳破坏的断口特征 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 3.2.2 疲劳破坏的基本特征 （4）疲劳破坏的断口特征 宏观上有辐射状的疲劳纹，呈“年轮状”花样，其辐射条纹的起点就是裂纹的起源点 微观上有疲劳扩展的辉纹，呈“海滩状”花样。 疲劳裂纹扩展断面为细晶区，出现条纹（贝壳）状的光滑表面，即所谓的“海滩状”、“年轮状”花样 瞬时断裂区为粗晶区，颜色较灰暗 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 3.2.3脆性破坏与疲劳破坏的相同点与不同点 3.2.3.1相同点 ⑴ 都属于低应力破坏 破坏时的工作应力＜或＜＜材料的强度 ⑵ 破坏之前，结构都没有明显的征兆或外观变形，突发性强，令人促不及防。 ⑶ 都对应力集中很敏感 起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于应力集中点。 疲劳裂纹扩展过程及疲劳破坏的基本特征 3.2.3.2不同点 ⑴载荷性质不同 ⑵对温度敏感性 ⑶受载次数多少 ⑷断裂经历时间 ⑸断裂经历过程 ⑹断裂机理机制 ⑺宏观断口形貌 ⑻微观断口形貌 3.3影响焊接接头疲劳强度的因素 影响焊接接头疲劳强度的因素 3.3.1影响载荷、环境效应的因素（外因） ⑴ 疲劳载荷的性质和大小 ⑵ 环境