【正文】 ， a0越小， K1C越大，臨界斷裂應(yīng)力 ?c越大。 選用二種材料時的安全系數(shù)分別為： 材料 1： n?1=?ys1/?=1800/1000= 材料 2： n?2=?ys2/?=1400/1000= 優(yōu) 合格 2）考慮缺陷，按斷裂設(shè)計考慮。 K的單位是 MPa 。 裂紋尺寸和形狀 (先決條件 ) 應(yīng)力大小 (必要條件 ) 材料的斷裂韌性 K1C (材料抗力 ) 含裂紋 材料抵抗斷裂能力的度量 。 低應(yīng)力斷裂是由裂紋引起的。 裂紋引起斷裂破壞，如何分析、控制？ 不會分析時，構(gòu)件發(fā)現(xiàn)裂紋，報廢。 應(yīng)力譜型 (Si？ , ni) 判據(jù) D=1 SN曲線 Di=ni /Ni D=?ni /Ni Ni=C/Sm S=Si yes 調(diào)整 Si，重算 no 假設(shè) Si 36 再 見 習(xí)題： 124， 125 返回主目錄 37 r=1的 SN曲線是基本 SN曲線。 可知，若取 S=200MPa, D=1,發(fā)生疲勞破壞。 計算 Di=ni/Ni 一年的損傷為： ?(ni/Ni)= ?(ni/Ni)= Si (MPa) 150 120 90 60 一年的典型譜 ni (106) 損傷計算 Ni (106) ni /Ni Miner理論給出： D=??(ni /Ni)=1 故有： ?=1/?(ni /Ni)=1/= （年） 4. 變幅載荷下的疲勞分析 返回主目錄 34 例 3 已知 SN曲線為 S2N= 1010；設(shè)計壽命期間 載荷譜如表。 若構(gòu)件在 k個應(yīng)力水平 Si作用下，各經(jīng)受 ni次循環(huán)，總損傷為： ( i=1,2,...k ) Miner累積損傷理論是線性的 ； 損傷和 D與載荷 Si的作用次序無關(guān)。 材料的極限強(qiáng)度為 Su=1200 MPa，基本 SN曲線為 S4N=?1016，試估算其壽命。 Haigh圖 : (無量綱形式 ) N=107, 當(dāng) Sm=0時 ， Sa=S1； 當(dāng) Sa=0時 ， Sm=Su。 LgS 3 4 5 6 7 Lg N Sf 26 r?， Sm?； 且有： Sm=(1+r)Sa/(1r) r的影響 ? Sm的影響 Sm0, 對疲勞有不利的影響； Sm0, 壓縮平均應(yīng)力存在 ， 對疲勞是有利的 。 S 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 N SN Sf 無限壽命設(shè)計： S?Sf ； Sf—疲勞持久極限 對稱循環(huán)下的疲勞極限 Sf (r=1)，簡記為 S1。 Goodman等壽命直線： (Sa/S1)+(Sm/Su)=1 Goodman 1 24 r=1的 SN曲線是基本 SN曲線。 S N r=1 r=1/3 r=0 Sm O Sa N Sm0 Sm=0 Sm0 r增大 返回主目錄 23 2） SaSm關(guān)系 Sa S1 Su Sm N=104 N=107 Sa/S1 O 1 Sm/Su N=107 Haigh 圖 如圖，在等壽命線上， Sm?， Sa?； Sm?Su。 實驗結(jié)果表明， SN間有對數(shù)線性關(guān)系； lg S=A+B lgN A、 B由線性擬合給出。 滿足 S＜ Sf 的設(shè)計，即無限壽命設(shè)計。 基本 SN曲線： 用一組標(biāo)準(zhǔn)試件，在 r=1下，施加不同的 Sa，進(jìn)行疲勞試驗，可得到 SN曲線。 應(yīng)力 s 應(yīng)變 e ?ys o 1. SN曲線 應(yīng)力疲勞 研究裂紋萌生壽命，“破壞”定義為： 。 應(yīng)力集中對極限承載能力 影響不大。 由斷口可分析 裂紋起因 、 擴(kuò)展信息 、 臨界裂紋尺寸 、 破壞載荷 等，是 失效分析 的重要依據(jù)。 斷口光滑，有海灘條帶或腐蝕痕跡。 高倍電鏡可見 疲勞條紋 (Cr12Ni2WMoV鋼 ) 金屬學(xué)報 ,85) 肉眼 透射電鏡 ， 13萬倍 16 3) 裂紋源在高應(yīng)力局部 或材料缺陷處。 壽命（過程的長短） 取決于載荷、作用次數(shù)和材料的疲勞抗力。 因此，要注意細(xì)節(jié)設(shè)計，研究細(xì)節(jié)處的應(yīng)力應(yīng)變，盡可能減小應(yīng)力集中。 應(yīng)力集中處，常常是疲勞破壞的起源。 12 設(shè)計：用 Smax， Smin；直觀； 試驗：用 Sm， Sa； 便于加載； 分析：用 Sa， r；突出主要控制參量 , 便于分類討論。 擾動應(yīng)力，是指隨時間變化的應(yīng)力。 Fracture 缺陷從何而來？ 材料固有或使用中萌生、擴(kuò)展 疲勞與斷裂 裂紋如何萌生？ 有裂紋是否發(fā)生破壞？ 構(gòu)件能用多長時間？ (壽命 ) 9 一、 什么是疲勞？ ASTM E20672 疲勞 是在某點或某些點承受 擾動應(yīng)力 ，且在足夠多的循環(huán)擾動作用之后形成 裂紋 或完全斷裂的材料中所發(fā)生的 局部 永久結(jié)構(gòu)變化的 發(fā)展過程 。 剩余的 47%， 有待于進(jìn)一步基礎(chǔ)研究的突破。 返回主目錄 7 普及斷裂的基本知識，可減少損失 29%(345億 /年 )。 5 疲勞斷裂破壞的嚴(yán)重性 1982年，美國眾議院科學(xué)技術(shù)委員會委托商業(yè)部國家標(biāo)準(zhǔn)局 (NBS)調(diào)查斷裂破壞對美國經(jīng)濟(jì)的影響。1 疲勞破壞及其斷口特征 SN曲線及疲勞裂紋萌生壽命 斷裂失效與斷裂控制設(shè)計 da/dNDK曲線及疲勞 裂紋擴(kuò)展壽命 第十二章 疲勞與斷裂 返回主目錄 2 機(jī)械、結(jié)構(gòu)等 受力如何？ 如何運動？ 如何變形？破壞？ 如何控制設(shè)計？ 其 目的 是： 了解工程系統(tǒng)的性態(tài)， 并為其設(shè)計提供合理的規(guī)則 。 應(yīng)力控制 回 顧 疲勞破壞及其斷口特征 返回主目錄 3 按靜強(qiáng)度設(shè)計，滿足 ??[?]，為什么還發(fā)生破壞？ 19世紀(jì) 30—40年代，英國鐵路車輛輪軸在軸肩處 （應(yīng)力僅為 ?ys ）多次發(fā)生破壞； 1954年 1月 , 英國慧星 (Comet)號噴氣客機(jī)墜入地中 海（機(jī)身艙門拐角處開裂）； 返回主目錄 4 1967年 12月 15日，美國西弗吉尼亞的 Point Pleasant橋倒塌， 46人死亡； 1980年 3月 27日，英國北海油田 Kielland 號鉆井 平臺傾復(fù)； 127人落水只救起 89人； 主要原因是由缺陷或裂紋導(dǎo)致的斷裂 。 因