疲劳强度模型和S-N曲线.ppt

* * * * 5) 环境和温度的影响 材料的S-N 曲线一般是在室温、空气环境下得到的。在诸如海水、酸碱溶液等腐蚀介质环境下的疲劳称为腐蚀疲劳。腐蚀介质的作用对疲劳是不利的。腐蚀疲劳过程是力学作用与化学作用的综合过程，其破坏机理十分复杂。影响腐蚀疲劳的因素很多，一般有如下趋势： * a）载荷循环频率的影响显著 无腐蚀环境作用时，在相当宽的频率范围内（如200Hz以内），频率对材料S-N曲线的影响不大。但在腐蚀环境中，随着频率的降低，同样循环次数经历的时间增长，腐蚀的不利作用有较充分的时间显示，使疲劳性能下降的影响明显。 b）在腐蚀介质（如海水）中，半浸入状态（或海水飞溅区）比完全浸入更不利。 * c）耐腐蚀钢材，抗腐蚀疲劳的性能较好；许多普通碳钢的疲劳极限则下降较多，甚至因腐蚀环境而消失。 d）金属材料的疲劳极限一般是随温度的降低而增加的。但随着温度的下降，材料的断裂韧性也下降，表现出低温脆性。一旦出现裂纹，则易于发生失稳断裂。高温将降低材料的强度，可能引起蠕变，对疲劳也是不利的。同时还应注意，为改善疲劳性能而引入的残余压应力，也会因温度升高而消失。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第二章 疲劳强度模型——S-N曲线 1、S-N曲线 材料的疲劳性能用作用的应力范围S与到破坏时的寿命N之间的关系描述，即S-N曲线。 寿命N定义为在给定应力比R下，恒幅载荷作用下循环到破坏的循环次数。 问题：如何得到S-N曲线？? 实验得到！！ 疲劳破坏有裂纹萌生，扩展至断裂三个阶段，这里破坏指的是裂纹萌生寿命。因此，破坏可以定义为： 1）标准小尺寸试件断裂。对于高、中强度钢等脆性材料，从裂纹萌生到扩展至小尺寸圆截面试件断裂的时间很短，对整个寿命的影响很小，考虑到裂纹萌生时尺度小，观察困难，故这样定义是合理的。 2）出现可见小裂纹，或有5％～15％应变降。对于延性较好的材料，裂纹萌生后有相当长的一段扩展阶段，不应当计入裂纹萌生寿命。小尺寸裂纹观察困难时，可以监测恒幅循环应力作用下的应变变化。当试件出现裂纹后，刚度改变，应变也随之变化，故可用应变变化量来确定是否萌生了裂纹。 * 材料疲劳性能试验所用标准试件，（通常为7～10件），在给定的应力比R下，施加不同的应力范围S，进行疲劳试验，记录相应的寿命N，即可得到图示S-N曲线。 N S * 由图可知，在给定的应力比下，应力范围S越小，寿命越长。当应力范围S小于某极限值时，试件不发生破坏，寿命趋于无限长。 由S-N曲线确定的，对应于寿命N的应力范围 ，称为寿命为N循环的疲劳强度。寿命N趋于无穷大时所对应的应力范围S，称为材料的疲劳极限。 由于疲劳极限是由试验确定的，试验又不可能一直做下去，故在许多试验研究的基础上，所谓的无穷大一般被定义为： 钢材，107次循环，焊接件：2*106。 * 2、S-N曲线的数学表达式 NSm=A 两边取对数， LogN +mLogS=LogA 选取几个不同的应力范围平 ， …… ，进行n组疲劳试验，对各组实验数据 …… …… …… 应力范围 循环次数 两个参数： m，A * 假定 为某一概率分布 （一般为Weibull分布） 存活率 则可求得存活率为p的，分别对应于 ， ，…… 的 试验次数多 少 ， * 假定应力范围水平下疲劳寿命N的分布为对数正态分布时，采用极大似然法拟合得到P-S-N曲线为 其中m定值， 表示存活率为p时的 正态分布 标准差 个 * 对于船海工程，一般构件 主要构件 * 在实际设计或计算中，为了得到适合的S-N曲线，需要做实验吗？ 可以查阅相关规范或资料，得到S-N曲线 * F2 F2 F F2 * * * 总结： S-N曲线表征结构的抗疲劳能力，由实验得到。 实验中根据结构形式和载荷类型选取S-N曲线，此时S-N曲线都