材料的力学性能第七章-循环疲劳.pdf

材料的力学性能 材料的力学性能 —— 循环疲劳 —— 循环疲劳 工程结构在服役过程中，由于承受 工程结构在服役过程中，由于承受 变动载荷而导致裂纹萌生和扩展，以至 变动载荷而导致裂纹萌生和扩展，以至 断裂失效的全过程称为疲劳。 断裂失效的全过程称为疲劳。 统计分析显示，在机械失效总数中， 统计分析显示，在机械失效总数中， 疲劳失效占80 ％以上。 疲劳失效占80 ％以上。  研究材料在变动载荷作用下的力学响  研究材料在变动载荷作用下的力学响 应、裂纹萌生和扩展特性。 应、裂纹萌生和扩展特性。  评定工程材料的疲劳抗力、工程结构  评定工程材料的疲劳抗力、工程结构 部件的抗疲劳设计、评估构件的疲劳 部件的抗疲劳设计、评估构件的疲劳 寿命以及寻求改善工程材料的疲劳抗 寿命以及寻求改善工程材料的疲劳抗 力的途径等。 力的途径等。 变动载荷及其描述参量 变动载荷及其描述参量  变动载荷：指载荷大小或大小和方向随时间按一定规 律呈周期性变化或无规则随机变化的载荷，前者称为周期 变动载荷或循环载荷，后者称为随机变动载荷。  实际机器部件承受的载荷一般多属随机变动载荷。  为简化分析和评定工程材料的疲劳特性，主要还 是针对循环载荷，对材料(以金属材料为主)在循环 载荷作用下的行为特征、损伤规律进行评定。  循环载荷的应力－时间关系如图。其特征和描述参量有：  循环载荷的应力－时间关系如图。其特征和描述参量有： 波形、最大最小应力、平均应力、应力比和加载频率。 波形、最大最小应力、平均应力、应力比和加载频率。  波形：通常以正弦曲线为主，其他有三角波、梯形波等。  波形：通常以正弦曲线为主，其他有三角波、梯形波等。  最大应力 和最小应力 。  最大应力 和最小应力 。 max min max min  平均应力 和应力半幅：  平均应力 和应力半幅： m s m s  ＝ ( +  )/2  ＝ ( +  )/2 m max min m max min = ( -  )/2 = ( -  )/2 s max min s max min  应力比R ：循环的不对称程度。  应力比R ：循环的不对称程度。 R ＝  / R ＝  / min max min max R ＝-1为对称循环，其他为非对称循环。 R ＝-1为对称循环，其他为非对称循环。  加载频率f：以Hz表示。  加载频率f：以Hz表示。 疲劳破坏特征 疲劳破坏特征 1. 它是一种“潜藏”的失效方式，在静载下无论显示 1. 它是一种“潜藏”的失效方式，在静载下无论显示 脆性与否，在疲劳断裂时都不会产生明显的塑性 脆性与否，在疲劳断裂时都不会产生明显的塑性 变形，断裂常常是突发性的，没有预兆。 变形，断裂常常是突发性的，没有预兆。 2. 由于构件上不可避免地存在某些缺陷(特别是表面 2. 由于构件上不可避免地存在某些缺陷(特别是表面 缺陷，如缺口、沟槽等) ，因而可能在名义应力不 缺陷，如缺口、沟槽等) ，因而可能在名义应力不 高的情况下，由局部应力集中