第2章--材料的疲劳强度上课讲义.ppt

第2章 材料的疲劳强度;2.1 基本概念;2.2 金属疲劳破坏机制;裂纹萌生方式之一:滑移带开裂;裂纹萌生方式之二:晶界和孪晶界开裂;裂纹萌生方式之三:夹杂物或第二相与基体的界面开裂;疲劳裂纹经常在金属表面发生?;疲劳裂纹扩展;疲劳破坏阶段之三: 失稳断裂;2.3 疲劳破坏断口分析;断口的宏观分析;断口的微观分析;疲劳裂纹的形貌 第1阶段疲劳裂纹扩展，断口光滑，具有一定的结晶性质，无其他明显特征。 第2阶段疲劳裂纹扩展区有4个特征： （1）疲劳区宏观上平坦光滑，微观上仍凹凸不平。每个断口由若干凹凸不平的小片段连接而成，小片段结合处形成台阶。 （2）具有疲劳条纹。包括塑性疲劳条纹（常见）和脆性疲劳条纹（较少）。 （3）轮胎压痕和脊骨压痕特征。由于相匹配断口的反复挤压、相互嵌入与脱离造成的。 （4）在疲劳裂纹扩展时，还可能出现二次裂纹，往往成扫帚状。;构件断口分析;2.4 疲劳试验试样及其制备;2.5 材料的S-N曲线;循环应力;应力循环特征的表示;材料的S-N曲线;S-N曲线的绘制;;S-N曲线的简化 一般简化为两条直线： 左支 在双对数坐标中一般是直线； 在单对数坐标中一般不为直线。但因直线使用方便，一般将其简化为直线。 右支 水平直线或斜直线;S-N曲线的表达式 左支，N=104~106 幂函数公式 整条S-N曲线;S-N曲线对应的疲劳破坏阶段 低周循环疲劳段（LCF）N104 高周疲劳循环段(HCF),N=104-106 疲劳极限段(SF),N107;S-N曲线的测定方法（左支）;2.6 材料的疲劳极限;一. 材料疲劳极限的定义;二. 材料疲劳极限的测定方法;常规（单点）试验法;成组试验法;小子样升降法;大子样升降法;步进法;三. 材料疲劳极限与强度极限及其他机械性能的关系;对称扭转疲劳极限与对称弯曲疲劳极限之间存在稳定的比例关系。（茹科夫） 对于碳钢与合金钢，当σb1200MPa时，有 美国《现代疲劳分析基础》推荐的结果 对于布氏硬度HB500的黑色金属，有 对高强度钢，有 其他还有大量的参考结论（略）;2.7 疲劳寿命的正态分布;2.8 材料的P-S-N曲线;P-S-N曲线的测定方法 P-S-N曲线的测定可采用单点法和成组法。与成组法测定S-N曲线相同，一般选取4~5级应力水平，每种应力水平下试验一组试样（不少于6个） 用成组法测定材料的P-S-N曲线的步骤 准备若干根标准试件（30根左右） 确定试验应力水平（4~5级） 确定每一应力水平上的试件数（6~8件） 进行试验 数据处理 求 分析有无异常件，若有，将其剔除 分析试件数据是否足够 分析数据是否服从正态分布 画出P-S-N曲线 求P值下xp，建立方程式并检查直线的相关系数;P-S-N曲线试验数据处理方法（实例）;（3）可疑观察值的取舍 从附表N中，根据试样个数n查表，判断下式是否成立，若成立则保留，否则舍弃。;（5）相关性检验 检验各个试件的可靠度Ri和对数疲劳寿命xi在正态概率坐标中是成线性关系，以确定xi是否服从正态分布。（略） （6）计算指定可靠度R时的对数疲劳寿命 （7）求lgs-lgNp直线方程（略） （8）作P-S-N曲线（略） 对数寿命在N106时不服从对数正态分布，而威布尔分布的处理比较复杂，因此在测定P-S-N曲线时，N106的高应力区用成组法进行试验；N=106时用升降法进行试验。这样就都可以使用正态分布进行数据处理。;复习思考题