材料力學性能教學課件ppt材料的疲勞-文庫吧
2025-03-07 07:45 本頁面
【正文】 大特征，一般是由載荷變動引起的，如機器運轉(zhuǎn)時的開動和停歇。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 21 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 22 （ 3）瞬斷區(qū) ?是裂紋 最后失穩(wěn)快速擴展 所形成的斷口區(qū)域 ?在疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展階段，隨著應力不斷循環(huán)，裂紋尺寸不斷長大， ?當裂紋長大到臨界尺寸 ac時，因裂紋尖端的應力場強度 KI達到材料的斷裂韌度 KIC（ KC），則裂紋失穩(wěn)快速擴展，導致機件最后瞬時斷裂。 ?宏觀特征： 斷口比疲勞區(qū)粗糙，同靜載的裂紋件的斷口一樣，隨材料的性質(zhì)而變： ?脆性材料 為結(jié)晶狀斷口， ?韌性材料 在中間平面應變區(qū)為放射狀或人字紋斷口，在邊緣平面應力區(qū)為剪切唇。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 23 ?瞬斷區(qū) 位置一般應在疲勞源的對側(cè)，但對于旋轉(zhuǎn)彎曲來說，低名義應力光滑機件，其瞬斷區(qū)位置逆旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一定角度，這是因為疲勞裂紋旋轉(zhuǎn)方向擴展快的結(jié)果。 ?名義應力定義： 是一種等效應力，它等于作用于結(jié)構(gòu)上的力與等效作用面積的比值，等效作用面積是人為定義的，不一定是力的實際作用面積。 ?名義應力較高時，因疲勞源有多個，裂紋從表面同時向內(nèi)擴展，其瞬斷區(qū)就移向中心位置。 ?瞬斷區(qū)的大小和機件名義應力及材料性質(zhì)有關(guān)，若名義應力較高或材料韌性較差，則瞬斷區(qū)就較大，反之瞬斷區(qū)則較小。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 24 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 25 2024Al合金疲勞條紋 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 26 多源疲勞 27 疲勞線的形成 28 疲勞線的形狀 29 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 30 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 31 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點 32 一、疲勞曲線和對稱循環(huán)疲勞曲線 ?（一）疲勞曲線和疲勞極限 ?疲勞曲線： 是疲勞應力與疲勞壽命的關(guān)系曲線，即 SN曲線，是確定疲勞極限、建立疲勞應力判據(jù)的基礎(chǔ)。 ? 1860年，維勒（ W246。hler）在解決火車軸斷裂時，首先提出了疲勞曲線和疲勞極限的概念，所以后人也稱該曲線為 維勒曲線 。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 33 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 34 ?對于一般具有應變時效的金屬材料，如碳鋼、球鐵等， ?當循環(huán)應力水平降到某一臨界值時，低應力段變?yōu)樗骄€段，表明試樣可以經(jīng)無限次應力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，故將對應的應力稱為 疲勞極限 ，記為 σ1（對稱循環(huán)， r=1）。 ?這類材料如果應力循環(huán) 107周次不斷裂，則可認定承受無限次應力循環(huán)也不會斷裂，所以常將 107周次作為測定疲勞極限的基數(shù) 。 ?另一類金屬材料，如鋁合金、不銹鋼等，其 SN曲線沒有水平部分，只是隨應力降低，循環(huán)周次不斷增大，此時只能根據(jù)材料的使用要求規(guī)定 某一循環(huán)周次下不發(fā)生斷裂的應力作為條件疲勞極限，或稱有限壽命疲勞極限 。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 35 （二）疲勞曲線的測定 ?通常疲勞曲線用 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗 測定，其四點彎曲試驗機原理見下圖。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 36 ? 試驗時，用 升降法 測定條件疲勞極限或疲勞極限 σ1 ，用 成組試驗法 測定高應力部分，然后將上述試驗數(shù)據(jù)整理，擬合成 疲勞曲線。 ? 用升降法測定疲勞極限時，有效試樣數(shù)一般大于 13根，試驗取 35級應力水平，每級應力增量一般為 σ1的（ 35） %。 ? 第一根試樣的應力水平應略高于 σ1，如果無法預計 σ1 ，則對一般材料取 () σb。 ? 第二根試樣的應力水平根據(jù)第一根試樣結(jié)果（破壞或通過）而定，如果第一根試樣斷裂，則對第二根試樣施加的應力降低（ 35）%，反之，要升高（ 35） %， 其余試樣的應力值均應依 此法辦理，直至全部完成 試驗。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 37 （四）疲勞極限與靜強度的關(guān)系 ?試驗表明，金屬材料的抗拉強度越大，其疲勞極限也越大。 ?對于中、低強度鋼，疲勞極限與抗拉強度間大體呈線性關(guān)系。 ?σb較低時，可近似寫成 σ1=σb。 ?σb較高時，這種近線性關(guān)系就會發(fā)生偏離，這是由于強度較高時，材料的塑性和斷裂韌性下降，裂紋易于形成和擴展所致。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 38 三、抗疲勞過載能力 ?金屬機件偶然經(jīng)受短期過載，材料原來的疲勞極限可能沒有變化，也可能有所降低，這要具體視材料所受過載應力及相應的累計過載周次而定。 ?如果金屬在高于疲勞極限的應力水平下運轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限和疲勞壽命減小，這就造成了 過載損傷 。 ?金屬材料抵抗疲勞過載損傷的能力，用 過載損傷界 或過載損傷區(qū) 表示。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 39 ? 過載損傷界由實驗確定： 測出不同過載應力水平和相應的開始降低疲
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