《材料的疲劳》课件.pptVIP

**********************材料的疲劳材料疲劳是指材料在循环载荷作用下，其强度逐渐降低，最终断裂的现象。材料疲劳是一个重要的工程问题，它会造成各种结构和设备的失效，因此了解和控制材料疲劳是确保安全和可靠性的关键。引言材料的疲劳失效工程结构和机械部件的疲劳失效是常见的现象。疲劳失效的影响疲劳失效会造成严重的经济损失和人员伤亡。疲劳研究的意义理解疲劳的机理，掌握疲劳测试和分析方法，有助于提高结构和机械部件的可靠性。疲劳的概念1循环载荷金属材料在反复交变的载荷作用下发生的损伤和断裂现象。2应力集中在材料的某个部位，应力值会明显高于其他部位。3裂纹扩展材料内部微小的裂纹会逐渐扩展，最终导致材料断裂。疲劳失效的特点缓慢发展疲劳失效通常需要较长时间才能发生，这与材料的弹性变形和塑性变形不同。疲劳裂纹的扩展过程是逐渐进行的，可能在很长时间内没有明显的外部迹象。裂纹扩展疲劳失效通常由裂纹扩展引起，裂纹从材料的微观缺陷开始，逐渐扩展到足以导致断裂的程度。裂纹扩展的路径通常不规则，因为材料在疲劳循环过程中会发生塑性变形。疲劳测试的分类应力循环试验控制施加在试件上的应力幅值和循环次数，观察试件的疲劳寿命。应变循环试验控制施加在试件上的应变幅值和循环次数，观察试件的疲劳寿命。裂纹扩展试验观察预制裂纹在循环载荷下的扩展速率，研究裂纹扩展机制。疲劳寿命预测基于实验数据或理论模型，预测材料在特定载荷条件下的疲劳寿命。应力循环试验1定义在控制的应力幅值和频率下进行重复的应力加载和卸载。2目的模拟实际工况下材料承受的循环应力，评估材料的疲劳寿命。3方法采用疲劳试验机，对试件施加循环载荷，观察其疲劳行为。应变循环试验应变循环试验是一种重要的疲劳试验方法，它控制试件的应变幅值，并测量试件在循环载荷下的应力响应，可以得到应变-寿命曲线，用来研究材料在不同应变幅值下的疲劳寿命。1应变控制控制试件的应变幅值2应力测量测量试件的应力响应3应变-寿命曲线得到材料的疲劳寿命数据应力-寿命(S-N)曲线应力-寿命(S-N)曲线是描述材料疲劳性能的重要指标。通过该曲线，可以预测材料在不同应力水平下的疲劳寿命。横轴表示应力幅值，纵轴表示疲劳寿命，曲线通常呈对数形式。S-N曲线通常通过疲劳试验获得，并可以通过经验公式或疲劳寿命预测模型进行模拟。疲劳损伤累积理论累积损伤疲劳损伤累积是材料在多次循环载荷作用下逐渐失效的过程.损伤极限材料在承受一定循环载荷后，会达到其疲劳极限，无法承受更大载荷.疲劳寿命预测通过疲劳损伤累积理论，可以预测材料的疲劳寿命.普米纳规则普米纳规则普米纳规则是一种疲劳损伤累积理论。假设每个循环都会造成一定的损伤，且损伤是累积的。当累积损伤达到一定程度时，材料就会发生疲劳破坏。该规则通常用于评估不同应力水平下的疲劳寿命。在实际应用中，普米纳规则有一定局限性。线性损伤累积理论损伤累积线性损伤累积理论假设疲劳损伤与应力循环次数成正比。寿命预测该理论可以用于预测材料在不同应力水平下的疲劳寿命。时间依赖该理论考虑了材料在不同时间段内受到的疲劳损伤累积。计算方法通过线性累积公式，可以计算材料在不同应力水平下的疲劳寿命。疲劳裂纹的产生和扩展裂纹萌生疲劳裂纹通常从材料表面或内部的微小缺陷开始。这些缺陷可能是制造缺陷、加工缺陷或使用过程中的损伤。裂纹扩展疲劳裂纹在循环载荷的作用下逐渐扩展。扩展过程通常分为三个阶段：裂纹萌生、缓慢扩展和快速扩展。最终断裂当裂纹扩展到一定程度时，材料的剩余强度不足以承受载荷，最终导致断裂。疲劳裂纹扩展速率疲劳裂纹扩展速率裂纹尺寸应力强度因子材料特性是指裂纹尺寸随时间变化的速率较大尺寸的裂纹扩展较快较高的应力强度因子导致更快的扩展不同材料的扩展速率有所不同巴丁格曲线巴丁格曲线是描述裂纹扩展速率与应力强度因子范围的关系曲线。它展示了裂纹在不同应力强度因子范围下的扩展速度。这条曲线对于预测疲劳裂纹的扩展寿命至关重要，它是材料疲劳性能的重要指标之一。巴丁格曲线的形状取决于材料的性质、裂纹的形状和尺寸，以及加载条件等因素。在实际应用中，需要根据材料的具体情况进行测试，并绘制相应的巴丁格曲线，以用于预测裂纹扩展寿命。应力强度因子K11.定义应力强度因子K是描述裂纹尖端应力场强度的指标，代表裂纹尖端应力集中的程度。22.重要性K值的大小与材料的抗裂性密切相关，是判断材料疲劳裂纹扩展趋势的重要依据。33.应用广泛应用于疲劳寿命预测、裂纹扩展速率计算以及疲劳设计等领域。4