材料力学性能（五）.pptVIP

* 材料力学性能 第五章 材料在交变载荷下的力学行为 5.1 变动载荷（应力）和疲劳破坏的特征 5.2 高周疲劳 5.3 低周疲劳 5.4 热疲劳 5.5 疲劳裂纹扩展 5.6 疲劳裂纹萌生和扩展机理 5.7 防止裂纹萌生与扩展的措施 第五章 材料在交变载荷下的力学行为 5.1 变动载荷（应力）和疲劳破坏的特征 变动载荷（应力） 周期变动载荷： 按一定规律呈周期性变化 随机变动载荷： 无规则随机变化的载荷 5.1.1 变动载荷（应力）及其描述参量 （1）波形：正弦曲线为主，还有三角形波、梯形波等 （2） （3）平均应力 （4）应力比R （循环的不对称程度） R=-1为对称循环 5个描述参量 特征 √ 5.1.2 疲劳破坏特征和断口 基本特征： （1）扰动应力（随时间变化的应力）下； （2）源于高应力或高应变的局部； （3）突发性脆断（无论静载下脆性与否）； （3）是一个发展过程 裂纹萌生、扩展、断裂，其经历时间为“寿命”。 循环，内部损伤，积累，固有的寿命或塑性耗尽——疲劳积累损伤 √ 5.2 高周疲劳 定义： 小型试样在变动载荷时，疲劳断裂寿命≥105周次的疲劳 特点： 交变应力水平处于弹性变形范围内； 试验： 既可以控制应力，也可以控制应变，试验方法上控制应力容易， 高周疲劳试验都是在控制应力条件下进行的； 表征： 最大应力 对循环寿命N的关系（S-N曲线） 和疲劳极限 来表征材料的疲劳特性和指标 √ 疲劳极限 条件疲劳极限 给出一定循环周次（108或5×107周次） 抗过载能力 缺口试样 ？ 5.3 低周疲劳 一般规律：交变应力很大，低周次（105）下的破坏 采用控制应变的方法，即 曲线 目的:用光滑试样的疲劳数据来预测缺口零件的疲劳寿命 大多数工程构件都带有缺口，圆孔、拐角等，当其受到周期载荷时，虽然整体上尚处在弹性变形范围，但在应力集中部位的材料已进入塑性变形状态，这时，控制材料疲劳行为的已不是名义应力，而是局部塑性变形区的循环塑性应变； 零件缺口处的实际应力不容易计算，而缺口处的真实应变是可以测量； 屈服后应变变化大应力变化小； 因而凡属低周疲劳问题都用应变控制。低周疲劳也就叫做应变疲劳。 √ 5.3.1 滞后回线 循环载荷下，材料的应力应变响应与单调加载有很大的不同 总应变幅包括弹性应变幅和塑性应变幅，即 完整的载荷循环所对应的应力-应变曲线围成一个封闭的回线，此回线称为滞后回线或滞后环。滞后环内的面积代表材料所吸收的塑性变形功 高周疲劳 加载初期，材料对循环加载的响应有一个由不稳定向稳定过渡的过程。类似于包申格效应，材料因载荷循环而出现循环硬化或循环软化，初期的滞后环并不封闭。 5.3.2 循环硬化和循环软化 应力控制下的材料循环特性 应变控制下的材料循环特征 恒定应变时滞后回线形状 一般，在控制应变幅恒定的情况下，对原始状态较软的材料，在循环加载时会产生塑性变形抗力随着加载周次增加，是硬化现象；反之，对原始状态为强度或硬度较高的材料，会发生形变抗力随周次的增加而降低，就是软化现象。 危险！ √ 5.3.3 循环应力-应变曲线 循环 应力-应变曲线： 各稳定滞后回线的顶点的连线 为循环变硬化指数，对大多数金属材料， =0.1~0.2 5.4热疲劳 由热应力或热应力和机械应力共同作用下引起疲劳称为热疲劳。 长度为l的杆，两端固定，温度由零上升到T。假设杆为两端自由，线膨胀系数为a，则杆的伸长为 由于杆的两端固定，使杆不能自由伸长，故以上伸长量成为杆的压缩变形量，其压变为 设材料的弹性模量为E，则温度升高而产生的压应力为 这时，即使不加外力，物体也产生应力。这种应力称为热应力 在零件和构件中产生热应力的原因：（1）零件的热膨胀或冷收缩受外界的约束；（2）两组装件之间有温差；（3）某一零件中有温度梯度；（4）线胀系数不同的材料相组合。 √ 如杆加热到温度T2后被固定起来，则当杆冷却时在杆中便产生拉应力。如果这个应力很大，杆就可能产生塑性变形。当温度冷却到T1（T1 T2）时，应力和应变状态相当于图点1。如将杆再加热到温度T2，应力-应变的迟滞回线就达到图上的 点。若反复施加这