金属疲労2.pdf

金属疲劳试验金属疲劳试验金属疲劳试验金属疲劳试验 主讲教师主讲教师:: 一、实验目的 11. 了解疲劳试验的基本原理了解疲劳试验的基本原理。 2. 掌握疲劳极限、S-N 曲线的测试方 法 法。 二二、实验原理实验原理 1．疲劳抗力指标的意义疲劳抗力指标的意义 目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是 通过试验通过试验测定其定其S-N 曲线曲线(疲劳曲线疲劳曲线) ，即建立建立 最大应力σ 或应力振幅σ 与其相应的断裂 max α 循环周次循环周次NN之间的关系曲线之间的关系曲线。不同金属材料不同金属材料 的S-N 曲线形状是不同的，大致可以分为两 类 如图1所示 其中一类曲线从某应力水平 类，如图1所示。其中 类曲线从某应力水平 以下开始出现明显的水平部分，如图1(a)所 示。这表明当所加交变应力降低到这个水平 示。这表明当所加交变应力降低到这个水平 数值时，试样可承受无限次应力循环而不断 裂。 这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试 样可承受无限次应力循环而不断裂 因此将水平部 样可承受无限次应力循环而不断裂。因此将水平部 分所对应的应力称之为金属的疲劳极限，用符号σR 表示( 为最小应力与最大应力之 称为应力 ) 表示(R为最小应力与最大应力之比，称为应力比) 。 若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行，则其疲劳 极限以σ 表示。中低强度结构钢、铸铁等材料的S- -1 N 曲线属于这一类 对这一类材料在测试其疲劳极 N 曲线属于这一类。对这一类材料在测试其疲劳极 限时，不可能做到无限次应力循环，而试验表明， 7 这类材料在交变应力作用下，如果应力循环达到10 周次不断裂，则表明它可承受无限次应力循环也不 7 会断裂，所以对这类材料常用10 周次作为测定疲劳 极限的基数。另一类疲劳曲线没有水平部分，其特 极限的基数。另 类疲劳曲线没有水平部分，其特 点是随应力降低，循环周次N不断增大，但不存在 无限寿命。如图1(b)所示。在这种情况下，常根据 88 77 实际需要定出实际需要定出一定循环周次定循环周次(10(10 或或55 ××1010 …))下所对下所对 应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”，用符 号号σ 表示表示。 R(N)R(N) 22．SS-NN曲线的测定曲线的测定 (1)(1) 条件疲劳极限的测定条件疲劳极限的测定 测试条件疲劳极限采用升降法，试件取13根以上。 每级应力增量取预计疲劳极限的每级应力增量取预计疲劳极限的55 ％％以内以内。。第第一根试根试 件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。根据上根 试件的试验结果，是失效还是通过（即达到循环基 数不破坏数不破坏））来决定下根试件应力增量是减还是增来决定下根试件应力增量是减还是增， 失效则减，通过则增。直到全部试件做完。第一次 出现相反结果 （失效和通过，或通过和失效）以前 出现相反结果 （失效和通过，或通过和失效）以前 的试验数据，如在以后试验数据波动范围之外，则 予以舍弃；否则，作为有效数据，连同其他数据加 以利用，按下列公式计算疲劳极限： 以利用 按下列公式计算疲劳极限 1 n  vv  1 R (N )  i i 1 m i 1 式中m——有效试验总次数；n—应力水平级 数；—第i级应力水平；—第i级应力水平下的试