材料测试方法第五章 材料的疲劳性能.pdf

前言 • 工程中许多机件和构件服役时都承受变动载荷，如曲轴、 连杆、齿轮、叶片及桥梁等，他们的失效形式主要是疲劳 断裂，在断裂失效中疲劳断裂约占80%以上，造成重大的 经济损失和人身伤亡。 • 目前，材料的疲劳研究方兴未艾，断裂力学、损伤力学和 材料物理学结合，已从宏观、细观和微观领域对疲劳问题 进行着广泛的研究。 前言 机械疲劳—外加应力/应变波动造 成的。 蠕变疲劳—循环载荷与高温联合作 用下的疲劳。 疲劳破坏表现的形式： 热机械疲劳—循环受载部件的温度 变动时材料的疲劳。 腐蚀疲劳、接触疲劳、微动疲劳、 电致疲劳等等。 前言 1、变动载荷 →疲劳断裂。 2 、研究疲劳的一般规律、 疲劳破坏过程及机理、 疲劳力学性能及其影响因素等。 第五章 材料的疲劳性能 §5.1 疲劳破坏的一般规律 §5.2 疲劳破坏的机理 §5.3 疲劳抗力指标 §5.4 影响材料及机件疲劳强度的因素 §5.5 热 疲 劳(略) §5.1 疲劳破坏的一般规律 一、疲劳破坏的变动应力 1、疲劳： 变动载荷和应变→长期作用→累积损伤→断裂。 2、变动载荷： 大小，甚至方向随时间而变化的载荷。 3、变动应力： 变动载荷在单位面积上的平均值。 4 、变动应力分类： 规则周期变动应力(或称循环应力)； 无规则随机变动应力。 5、循环应力： 周期性变化的应力。有正弦波、矩形波和三角波等。 一、疲劳破坏的变动应力 6、表征应力循环特征的参量 ①最大循环应力σ ， max 最小循环应力σ ； min ②平均应力 σ ＝( σ + σ )/2； m max min ③应力幅σ 或应力范围Δσ： α σ = Δσ/2= ( σ - σ )/2； α max min ④应力比 r ＝σ / σ 。 min max ⑤载荷谱： 载荷-时间历程曲线 一、疲劳破坏的变动应力 7、循环应力类型（按应力比和平均应力）： (1)对称循环： σ ＝0，r ＝-1。 m (2)不对称循环： σ ≠0，-1r1。 m (3)脉动循环： σ ＝σ 0，r ＝0 m α 或 σ ＝σ 0，r ＝∞。 m α (4)波动循环（重复载荷）： σ σ ，0 ＜r ＜1。 m α (5)随机变动应力： 循环应力呈随机变化。 二、疲劳破坏的概念和特点 1、疲劳破坏的概念： (1)疲劳的破坏过程： 薄弱区域的组织→变动应力 →逐渐发生变化和损伤累积、开裂 →裂纹扩展