疲劳问题.ppt

材力14-1 第十四章 疲劳 §14.1 交变应力 交变应力 (alternative stress ） ——应力随时间交替变化 1.平均应力 静应力 r = 1 §14.2 疲劳 一、疲劳失效 fatigue failure 材料和构件在交变应力作用下发生的破坏。 二、疲劳破坏的特征 1. 疲劳破坏需要经过一定数量的应力循环； 2. 破坏时，名义应力值远低于材料的静载强 度极限； 如 Q275钢，σb=520 MPa ,但当 σmax=220 MPa 时, 弯曲对称循环不到107 次即发生疲劳断裂。 三、 疲劳破坏的机理 四、疲劳破坏的危害 （1）广泛性 金属断裂事故的80﹪是疲劳断裂 （2）突然性 脆断前无显著变形 （3）破坏性 断裂事故 五、关于疲劳问题的研究 最早的疲劳问题： 19世纪初机车轴疲劳断裂 最早的疲劳实验： 1829，W.A.艾伯特（德） 矿山提升焊接链反复加载，105 次断裂 最早用“疲劳”一词： 1839，J.V.彭赛利（法） 第一个系统研究疲劳问题的人： A.沃勒（德）1847～1889 完成多种疲劳 试验，1850年发明旋转弯曲疲劳试验机 20世纪： 40年代以前，设计都是采用静强度计算方 法，遇到交变载荷则加大安全因数或降低许用应 力。 §14.3 持久极限 一、疲劳试验 目的：测定疲劳强度指标 设备：疲劳试验机 试件：光滑小试件 记录参数： S —— 交变应力最大值σmax 或τmax. N ——疲劳寿命，发生疲劳断裂 试件所经历的应力循环次数。 N0 = 107（钢） 或 N0=2×107～108 （有色金属） ——称为循环基数 疲劳寿命 N = N0 而不发生疲劳破坏的 交变应力最大值，称为材料的条件疲劳极 限。 持久极限和疲劳极限可统称疲劳极限。 四、构件的持久极限（疲劳极限） （一）影响因素（对称循环为例） 1. 构件外形 有效应力集中因数 §14.4 对称循环疲劳强度校核 无限寿命设计方法中，对称循环下的 疲劳强度设计——安全因数法 对于对称切应力循环，将上式中下标 σ 换成 τ 即可。 §14.5 提高构件疲劳强度的措施 1. 降低应力集中 2. 降低表面粗糙度 3. 提高表层强度 高频淬火，渗碳，氮化，滚压，喷丸 N S N0 σr 条件疲劳极限 —— 有应力集中试件的疲劳极限 —— 光滑试件的疲劳极限 应力集中的影响 2. 构件尺寸的影响 尺寸因数 －构件的疲劳极限； －光滑小试件的疲劳极限。 弯曲 尺寸的影响 尺寸的影响 扭转 3. 表面质量的影响 表面质量因数 －其它加工时的疲劳极限； －磨削加工时的疲劳极限。 （二）构件的持久极限 综合考虑各种因素的影响， 构件的持久极限为 对于对称 正应力循环 对于对称 切应力循环 nσ ?[n] nσ —— 构件的工作安全因数； [n] —— 规定的安全因数。 降低应力集中 作业 14-1 14-3 14-5 课程小结 * * * * 30 内容 Chap.14 疲劳 14.1 概念 14.2 疲劳 14.3 持久极限 14.4 疲劳强度 14.5 措施 要求 知道疲劳概念和持久极限确定方法 练习 作业 14 -1，3，5 F a a F D C B A z y FQ F F M Fa R ωt K K K K z y R ωt K t σ 2.应力幅 t σ 一个应力循环