材料力學(xué)性能教學(xué)課件ppt材料的疲勞-wenkub
2023-04-06 07:45:32 本頁面
【正文】 。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 。 ?名義應(yīng)力較高時，因疲勞源有多個，裂紋從表面同時向內(nèi)擴(kuò)展，其瞬斷區(qū)就移向中心位置。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 21 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 22 （ 3）瞬斷區(qū) ?是裂紋 最后失穩(wěn)快速擴(kuò)展 所形成的斷口區(qū)域 ?在疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段，隨著應(yīng)力不斷循環(huán)，裂紋尺寸不斷長大， ?當(dāng)裂紋長大到臨界尺寸 ac時，因裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度 KI達(dá)到材料的斷裂韌度 KIC（ KC），則裂紋失穩(wěn)快速擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件最后瞬時斷裂。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 20 （ 2）疲勞區(qū) ?是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域，該區(qū)是判斷疲勞斷裂的重要特征依據(jù)。 ?材料內(nèi)部存在嚴(yán)重冶金缺陷時，因局部強(qiáng)度降低也會在機(jī)件內(nèi)部產(chǎn)生疲勞源。 ?因此，疲勞是一種潛在的突發(fā)性斷裂。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 14 2. 特點(diǎn) ?（ 1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，即具有壽命的斷裂 ?斷裂應(yīng)力水平往往低于材料抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度。 第五章 金屬的疲勞 5 第五章 金屬的疲勞 6 第五章 金屬的疲勞 7 ?一、變動載荷 ? 1. 變動載荷 ?定義： 變動載荷是引起疲勞破壞的外力，指載荷大小，甚至方向均隨時間變化的載荷，在單位面積上的平均值為 變動應(yīng)力 。 ? 疲勞屬低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，其斷裂應(yīng)力水平往往 σb，甚至 σs； ? 不產(chǎn)生明顯的塑性變形，呈現(xiàn)突然的脆斷 。疲勞斷裂是一種非常危險的斷裂。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 8 隨機(jī)載荷 偶然過載對疲勞性能影響很大 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 9 2. 循環(huán)應(yīng)力 (1) 對稱交變應(yīng)力 (2) 脈動應(yīng)力 (3) 波動應(yīng)力 (4) 不對稱交變應(yīng)力 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 10 ?最大應(yīng)力 σmax ?最小應(yīng)力 σmin ?平均應(yīng)力 σm ?應(yīng)力幅 σa ＝ *（ σmaxσmin） ?應(yīng)力比 R ＝ σmin/σmax ?應(yīng)力循環(huán)頻率 f ＝ 1/T 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 11 12 二、疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) ? 1. 分類 ?疲勞定義： 機(jī)件在變動應(yīng)力和應(yīng)變長期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。 ?斷裂壽命隨應(yīng)力不同而變化，應(yīng)力高壽命短，應(yīng)力低壽命長。 第一節(jié) 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn) 15 （ 3）疲勞對缺陷（缺口、裂紋及組織缺陷）十分敏感 ?由于疲勞破壞是從局部開始的，所以它對缺陷具有高度的選擇性。 ?從斷口形貌看， 疲勞源區(qū)的光亮度最大，因?yàn)檫@里是整個裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展過程中斷面不斷摩擦擠壓，所以顯示光亮平滑。 ?宏觀特征： 斷口比較光滑并分布有貝紋線（或海灘花樣） 。 ?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(yīng)變區(qū)為放射狀或人字紋斷口，在邊緣平面應(yīng)力區(qū)為剪切唇。 ?瞬斷區(qū)的大小和機(jī)件名義應(yīng)力及材料性質(zhì)有關(guān)，若名義應(yīng)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。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 33 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 34 ?對于一般具有應(yīng)變時效的金屬材料，如碳鋼、球鐵等， ?當(dāng)循環(huán)應(yīng)力水平降到某一臨界值時，低應(yīng)力段變?yōu)樗骄€段，表明試樣可以經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，故將對應(yīng)的應(yīng)力稱為 疲勞極限 ，記為 σ1（對稱循環(huán)， r=1）。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 36 ? 試驗(yàn)時，用 升降法 測定條件疲勞極限或疲勞極限 σ1 ，用 成組試驗(yàn)法 測定高應(yīng)力部分，然后將上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，擬合成 疲勞曲線。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 37 （四）疲勞極限與靜強(qiáng)度的關(guān)系 ?試驗(yàn)表明，金屬材料的抗拉強(qiáng)度越大，其疲勞極限也越大。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 38 三、抗疲勞過載能力 ?金屬機(jī)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(yīng)力及相應(yīng)的累計過載周次而定。 ? 過載損傷界與疲勞曲線高應(yīng)力區(qū)直線段（ 該線段各應(yīng)力水平下發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次稱為過載持久值 ）之間的影線區(qū)，稱為過載損傷區(qū)。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 ?過載持久值： 抗過載的能力 ?過載損傷界： 抗偶然過載的能力 41 四、疲勞缺口敏感度 ?機(jī)件由于使用的需要，常常帶有臺階、拐角、鍵槽、油孔、螺紋等，這些結(jié)構(gòu)類似于缺口作用，會改變應(yīng)力狀態(tài)造成應(yīng)力集中。 ?所以 qf值能反映在疲勞過程中材料發(fā)生應(yīng)力重新分布，降低應(yīng)力集中的能力。 ?疲勞微觀裂紋都是由 不均勻的局部滑移和顯微開裂 引起的，主要方式有 表面滑移帶開裂，第二相、夾雜物
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