第四篇应变疲劳.pdf

_____________________________疲劳与断裂_____________________________ 第四章 应变疲劳 对于循环应力水平较低（S S ），寿命长的情况，用应力-寿命(S-N)曲线 max y 描述疲劳性能是恰当的。然而，有许多工程构件，在其整个使用寿命期间，所经历 的载荷循环次数却并不多。例如，压力容器若一天经受二次载荷循环，则在30年的 使用期限内，载荷的总循环次数还不到2.5×104次。在寿命较短的情况下，设计应 力或应变水平当然可以高一些，以充分发挥材料的潜力。这样，就可能使构件中某 些高应力处 （尤其是缺口根部）进入塑性。 众所周知，对于延性较好的材料，屈服后应变的变化大，应力的变化小。因 此，用应变作为疲劳性能的控制参量显然更好一些。 4 载荷水平高（超过屈服应力），寿命短（N＜10 ），即是本章研究的应变疲劳 或低周应变疲劳。 4.1 单调应力—应变响应 （monotonic stress-strain response ） 在讨论应变疲劳性能之前，有必要研究在循环载荷作用下材料的应力—应变响 应，希望对于疲劳问题有较深入的了解。为此，先讨论材料的单调应力—应变响应 ，便于以后对循环应力—应变响应的研究。 4.1.1 工程应力、应变与真应力、真应变 在由标准试件单轴拉伸试验确定材料的应力—应变曲线时，应力和应变都是以 变形前的几何尺寸（标距长度l 0、截面 应力 σ,ε 积A ）定义的。称为工程应力S、工程 0 应变e，且: σ l0 l ys P S ； (4-1) S,e A 0 Δ l dl e Δl l − l0 0 均匀变形 应变 (4-2) l l P 0 0 图4.1 单调加载时的应力与应变 74 _____________________________疲劳与断裂_____________________________ 式中，P为所施加的载荷；A0 为试件的初始横截面积；l 0为试件的初始标距长 度。Δ l 为l 0的改变量，等于试件的当时长度l 与其原长l 0之差。 实际上，一旦作用有载荷，材料在发生纵向伸长的同时，由于泊松效应而使截 面尺寸缩小，真实应力应当等于轴力除以当时的截面面积A（而不是原面积A ） 0 。故真应力σ应定义为： P σ ; (4-3) A 式中，A为试件变形后的横截面积。 在从0加载到