疲劳和断裂概述.PPT

* * * * 3.疲劳损伤的结果是形成裂纹 有裂纹萌生-扩展-断裂三个阶段。 要研究疲劳裂纹萌生和扩展的机理及规律。 4. 疲劳是从开始使用到最后破坏的发展过程。 寿命（过程的长短） --取决于载荷、作用次数和材料的疲劳抗力。 Ntotal=Ninitiation+Npropagation 要研究寿命预测的方法---疲劳研究的目的。 * One of the most important physical Observation is that the fatigue process can generally be broken two distinct phase --initiation life and propagation life. The propagation life is the portion of the total life spent growing a crack to failure. The initiation life encompasses the development and early growth of a small crack. 起始寿命包括小裂纹的形成和早期扩展。 扩展寿命是总寿命中裂纹扩展到破坏的部分。 * However, it is often very difficult, if not impossible, to define the transition from initiation to propagation. 然而，定义从起始到扩展的转变，常常是很困难的。 This distinction depends upon many variables, including components size, material, and the method used to detect cracks. 这取决于许多因素，包括构件尺寸、材料和检出裂纹所采用的方法等。 Initiation life is usually assumed to be the portion of life spent developing an engineering crack, which is about 0.3mm for smaller components. 起始寿命通常被假定为形成一个工程裂纹的那一部分寿命，对于小尺寸构件，工程裂纹大约为0.3mm。 * 疲劳是在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。 寿命预测与抗疲劳设计方法 疲劳裂纹萌生和扩展的机理及规律 疲劳研究的主要内容是： 载荷谱的描述与简化 应力集中细节处的应力应变 * 1.2 疲劳断裂破坏的严重性 1982年，美国众议院科学技术委员会委托商业部国家标准局(NBS)调查断裂破坏对美国经济的影响。 提交综合报告 “美国断裂破坏的经济影响” SP647-1 最终报告 “数据资料和经济分析方法” SP647-2 断裂使美国一年损失1190亿美元 摘要发表于 Int. J. of Fracture, Vol23, No.3, 1983 译文见 力学进展， Vol15，No2，1985 * 损失最严重的是： 车辆业 (125亿/年)， 建筑业 (100亿/年)， 航空 (67亿/年)， 金属结构及制品 (55亿/年). 断裂(包括疲劳、腐蚀引起的断裂) 使美国一年损失1190亿美元, 为其1982年国家总产值的4%。 * 普及断裂的基本知识，可减少损失29%(345亿/年)。 对策 设计、制造人员了解断裂，主动采取改进措施，如设计；材料断裂韧性；冷、热加工质量等。 利用现有研究成果，可再减少损失24%(285亿/年)。 包括提高对缺陷影响、材料韧性、工作应力的预测能力；改进检查、使用、维护；建立力学性能数据库；改善设计方法更新标准规范等。 剩余的47%，有待于进一步基础研究的突破。 如裂纹起始、扩展的进一步基础研究；高强度、高韧性、无缺陷材料的研究等。 * 国际民航组织 (ICAO)发表的 “涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出： 80年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁人亡重大事故，平均每年100次。(不包括中、苏) Int. J. Fatig