材料的力學(xué)性能(5)(已修改)
2024-10-30 16:22 本頁(yè)面
【正文】 第八章 金屬的疲勞 金屬在循環(huán)載荷作用下，即使所受的應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為 疲勞 。 疲勞斷裂 ，一般不發(fā)生明顯的塑性變形，難以檢測(cè)和預(yù)防，因而機(jī)件的疲勞斷裂會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)以至生命的損失。 疲勞研究的主要 目的 ：為防止機(jī)械和結(jié)構(gòu)的疲勞失效。 緒言 疲勞失效的過(guò)程和機(jī)制 。 介紹估算裂紋形成壽命的方法 ， 以及延壽技術(shù) 。 介紹一些疲勞研究的新成果 。 金屬疲勞的基本概念和一般規(guī)律。 本章主要介紹 具體目的： ▲ 精確地估算機(jī)械結(jié)構(gòu)的零構(gòu)件的疲勞壽命，簡(jiǎn)稱定壽，保證在服役期內(nèi)零構(gòu)件不會(huì)發(fā)生疲勞失效； ▲ 采用經(jīng)濟(jì)而有效的技術(shù)和管理措施以延長(zhǎng)疲勞壽命，簡(jiǎn)稱延壽，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。 金屬在對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的疲勞 循環(huán)應(yīng)力 是指應(yīng)力隨時(shí)間呈周期性的變化，變化波形通常是正弦波，如 圖 81所示。 圖 81 各種循環(huán)加載 方式的應(yīng)力 時(shí)間圖。 循環(huán)加載的特征參數(shù) ③ 加載頻率 f，單位為 Hz。還有加載波形，如正弦波，三角波以及其它波形 ② 平均應(yīng)力 σm或應(yīng)力比 R σm＝ (σmax+σmin)／ 2 R=σmin /σmax ① 應(yīng)力幅 σa或應(yīng)力范圍 Δσ σa=Δσ/2=(σmaxσmin)/2, σmax和 σmin分別為循環(huán)最大應(yīng)力和循環(huán)最小應(yīng)力； 循環(huán)應(yīng)力的特征參數(shù)： 循環(huán)應(yīng)力分為下列幾種典型情況： (1)交變對(duì)稱循環(huán)， σm=0， R＝ 1，如 圖 81(a)所示。大多數(shù)軸類零件，通常受到交變對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的作用；這種應(yīng)力可能是彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、或者是兩者的復(fù)合。 (2)交變不對(duì)稱循環(huán)， 0＜ σm＜ σa， 1＜ R＜ 0，如 圖81(b)所示。結(jié)構(gòu)中某些支撐件受到這種循環(huán)應(yīng)力 大拉小壓的作用。 (3)脈動(dòng)循環(huán)， σm=σa， R＝ 0，如 圖 81(c)所示。齒輪的齒根和某些壓力容器受到這種脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力的作用。 (4)波動(dòng)循環(huán)， σmσa， 0＜ R＜ 1，如 圖 81(d)所示。飛機(jī)機(jī)翼下翼面、鋼梁的下翼緣以及預(yù)緊螺栓等，均承受這種循環(huán)應(yīng)力的作用。 (5)脈動(dòng)壓縮循環(huán)、大壓小拉循環(huán)等等。滾珠軸承受到脈動(dòng)壓縮循環(huán)應(yīng)力，內(nèi)燃機(jī)連稈受到大壓小拉循環(huán)應(yīng)力的作用。 圖 83 典型的疲勞壽命曲線 疲勞壽命曲線 又稱為 Wohler曲線；習(xí)慣上也稱作 SN曲線。 從加載開(kāi)始到試件斷裂所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)，定義為該試件的疲勞壽命 Nf 。 疲勞壽命曲線 疲勞壽命曲線可以分為三個(gè)區(qū)： (1)低循環(huán)疲勞 (Low Cycle Fatigue)區(qū) 在很高的應(yīng)力下，在很少的循環(huán)次數(shù)后，試件即發(fā)生斷裂，并有較明顯的塑性變形。一般認(rèn)為，低循環(huán)疲勞發(fā)生在循環(huán)應(yīng)力超出彈性極限，疲勞壽命在 104或 105 次之間。因此，低循環(huán)疲勞又可稱為短壽命疲勞。 (2)高循環(huán)疲勞 (High Cycle Fatigue)區(qū) 在高循環(huán)疲勞區(qū)，循環(huán)應(yīng)力低于彈性極限，疲勞壽命長(zhǎng)， Nf＞ 105 次循環(huán)，且隨循環(huán)應(yīng)力降低而大大地延長(zhǎng)。試件在最終斷裂前，整體上無(wú)可測(cè)的塑性變形，因而在宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂。在此區(qū)
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