疲劳裂纹扩展速率.ppt

第五章 金属的疲劳 5.1 金属疲劳现象及特点 5.2 疲劳曲线及基本疲劳力学性能 5.3 疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值 5.4 疲劳过程及机理 5.5 影响疲劳强度的主要因素 5.6 低周疲劳 5.1 金属疲劳现象及特点 一、变动载荷和循环应力 二、疲劳现象及特点 三、疲劳宏观断口特征 一、变动载荷和循环应力 1.变动载荷 变动载荷是引起疲劳破坏的外力，它是指载荷大小，甚至方向均随时间变化的载荷，其在单位面积上的平均值为变动应力。 2.循环应力 循环应力的波形有正弦波、矩形波和三角形波等，其中常见者为正弦波 。 1.变动载荷 2.循环应力 常见的几种循环应力有以下几种。 ⑴ 对称交变应力 如图5-2a所示。 ⑵ 脉动应力 如图5-2b所示。 ⑶ 波动应力 如图5-2d所示 。 ⑷ 不对称交变应力 如图5-2e 所示。 二、疲劳现象及特点 1. 分类 疲劳——金属机件或构件在变动载荷和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。 疲劳可以按不同方法进行分类: 应力状态：弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳及复合疲劳； 环境和接触情况：大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、接触 疲劳、热疲劳等； 断裂寿命和应力高低：高周疲劳 ， 和低周疲劳 ， 也称高应力疲劳或应变疲劳。 2. 特点 疲劳断裂和静载荷或一次冲击加载断裂相比，具有以下特点。 (1)疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂。 (2)疲劳是脆性断裂。 (3)疲劳对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感。 (4)疲劳断裂也是裂纹萌生和扩展过程。 三、疲劳宏观断口特征 如图5－3典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域－疲劳源、疲劳区及瞬断区。 疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地。 疲劳区是疲劳裂纹亚稳 扩展所形成的断口区域。 瞬断区是裂纹最后失稳 快速扩展所形成的断口区域。 5.2 疲劳曲线及基本疲劳力学性能 一、疲劳曲线和对称循环疲劳极限 二、疲劳图和不对称循环疲劳极限 三、抗疲劳过载能力 四、疲劳缺口敏感度 一、疲劳曲线和对称循环疲劳极限 （一） 疲劳曲线和疲劳极限 （二） 疲劳曲线的测定 （三） 不同应力状态下的疲劳极限 （四） 疲劳极限与静强度间的关系 （一） 疲劳曲线和疲劳极限 疲劳曲线是疲劳应力和疲劳寿命之间的关系曲线，即S－N曲线，它是确定疲劳极限、建立疲劳应力判据的基础。 典型的金属材料疲劳曲线如图5－4所示。 如果试样可以经过无限次应力循环也不发生疲劳断裂，则将对应的应力称为疲劳极限， 记为 （对称循环，r =－1）。 疲劳应力判据为： 对称应力循环 非对称应力循环 （二） 疲劳曲线的测定 通常疲劳曲线是用旋转弯曲疲劳试验测定的，其四点弯曲试验机原理如图5-5所示。 （三）不同应力状态下的疲劳极限 钢 =0.85 铸铁 =0.65 （四）疲劳极限与静强度之间的关系 钢: =0.85 铸铁: =0.65 铜及轻合金: =0.55 二、疲劳图和不对称循环疲劳极限 很多机件或构件是在不对称循环载荷下工作的，因此还需测定材料的不对称循环疲劳限，以适应这类机件的设计和选材的需要。 1. 疲劳图 这种图的纵坐标以 表示，横坐标以 表示。 然后在不同应力比 r 条件下， 将 表示的疲劳极限 分解为 和 ，并在该坐 标系中作ABC曲线，即为 疲劳图(图5-10)。 2、 - 疲劳图 三、抗疲劳过载能力 金属在高于疲劳极