工程材料力学性能第五章--金属的疲劳.pptVIP

工程材料力学性能第五章--金属的疲劳.ppt

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第五章金属的疲劳;第一节金属疲劳现象及特点;常见的循环应力;;二、疲劳破坏的概念及特点;3、疲劳破坏的特点;三、疲劳宏观断口特征;1、疲劳源;2、疲劳区——判断疲劳断裂的重要特征; 与过载程度以及材料性质有关:

名义应力较低或材料韧性较好→疲劳区较大,贝纹线细而明显。

名义应力较高或材料韧性较差→疲劳区较小,贝纹线粗而不明显。

有时在疲劳裂纹扩展区的后部还可看到沿扩展方向的疲劳台阶,亦称疲劳沟线,这是在高应力下,裂纹沿不同平面扩展最后形成的。;3、瞬断区;;第二节疲劳曲线及根本疲劳力学性能;旋转弯曲疲劳试验机;二、疲劳曲线;三、疲劳极限;2、不同应力状态下的疲劳极限;3、疲劳极限与静强度间的关系;四、过载持久值及过载损伤界;过载损伤界;五、疲劳缺口敏感度;1、qf=1即kf=kt缺口试样疲劳过程中应力分布与弹性状态完全一样,没有发生应力重新分布,材料的疲劳缺口敏感性最大。

2、qf=0即kf=1σ-1=σ-1N缺口不降低疲劳极限,疲劳过程中应力产生很大重分布,疲劳缺口敏感性最小。

qf能反映在疲劳过程中材料发生应力重分布,降低应

力集中的能力。

3、一般:0qf1同样材料:强度〔或硬度〕↑→qf↑

4、高周疲劳大多数金属对缺口十分敏感,低周疲劳时因缺口根部一局部区域已处在塑性区,发生应力松弛,降低了应力集中,缺口敏感度降低。;5、当初人们用qf而不用kf表征材料缺口敏感度,目的是消除缺口几何形状的影响。但试验证明:qf并非是只决定于材料的常数。

缺口根部曲率半径较小时,缺口锋利度↑→qf↓

缺口根部曲率半径较大时,缺口锋利度对qf的影响减小。;课堂测验;第三节疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值;疲劳裂纹扩展曲线;2、应力强度因子范围ΔK;3、da/dN--Δk〔lgda/dN--lgΔk〕曲线;II区:疲劳裂纹扩展的主要阶段,是决定疲劳寿命的主要局部

da/dN较I区大

da/dN和Δk关系可由Paris公式描述:

da/dN=c〔Δk〕n

该区虽然扩展进程快,但Δk变化范围大,故所占扩展寿命长。

III区:疲劳裂纹扩展的最后阶段

da/dN很大,且随Δk↑→da/dN↑↑,只需扩展很少周次即导致材料失稳断裂。该区所占的扩展寿命也不长。;二、疲劳裂纹扩展门槛值;疲劳裂纹扩展门槛值;3、Δkth判据

由Δkth可建立裂纹件不疲劳断裂〔无限寿命〕的校核公式

ΔK=YΔσ≤△Kth

由此可知:或:

;4、工程疲劳门槛值;三、疲劳裂纹扩展速率的影响因素;应力比〔或平均应力〕的影响;;材料组织和力学性能的影响;四、疲劳裂纹扩展速率表达式;2、Forman公式;3、综合公式;五、疲劳裂纹扩展寿命的估算;;第四节疲劳过程及机理;;;;柯垂尔—赫尔模型;;;;2、相界面开裂产生裂纹

在疲劳失效分析中,常常发现很多疲劳源都是由材料中的第二相或夹杂物引起的,因此而提出了第二相、夹杂物和基体界面开裂,或第二相、夹杂物本身开裂的疲劳裂纹萌生机理〔微孔形核长大模型〕。

3、晶界开裂产生裂纹

多晶体材料由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向性,位错在晶内运动时受到晶界的阻碍,在晶界处发生位错塞积和应力集中。在应力不断循环下,应力集中得不到松弛,那么应力峰越来越高,当超过晶界强度时就会在晶界处产生裂纹。;二、疲劳裂纹扩展过程及机理;疲劳裂纹扩展第一阶段;疲劳裂纹扩展的第二阶段;韧性条带;;塑性钝化模型;;;;课堂习题;第五节影响疲劳强度的因素;载荷条件的影响;载荷条件的影响;二、外表状态及尺寸因素的影响;2、尺寸因素;三、外表强化及剩余应力的影响;;;;四、材料成分及组织的影响;〔2〕钢的热处理组织

正火组织因碳化物为片状,其疲劳强度最低;淬火回火组织因碳化物为粒状,其疲劳强度比正火高。

回火马氏体疲劳强度>回火托氏体>回火索氏体

相同硬度:等温淬火组织疲劳强度>淬水回火组织

淬火组织中存在未溶铁素体或剩余奥氏体或非马氏体组织→过早形成疲劳裂纹→疲劳强度↓;第六节低周疲劳;低周疲劳应力-应变滞后回线;二、金属循环硬化与循环软化;;2、循环应力—应变曲线;3、循环硬化与循环软化的影响因素;三、低周疲劳的应变-寿命曲线;Δεt/2—2Nf关系曲线;;2、△εp—Nf曲线;四、热疲劳、冲击疲劳;;2、材料的抗热震性;3、低周冲击疲劳;屡次冲击曲线;冲击疲劳抗力的影响因素

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