疲勞與斷裂第一章概述(編輯修改稿)
2024-11-12 19:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 損傷容限設(shè)計(jì) ( Damage tolerance design) 11 各種方法互相補(bǔ)充，適應(yīng)不同設(shè)計(jì)需求，不是相互取代的。 耐久性設(shè)計(jì) ( Durability design) 20世紀(jì) 80年代起，以經(jīng)濟(jì)壽命為目標(biāo)的耐久性設(shè)計(jì)概念形成。耐久性是構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用條件下抗疲勞斷裂性能的一種定量度量。 先定義疲勞破壞嚴(yán)重細(xì)節(jié)群（如孔等）的初始疲勞質(zhì)量 初始損傷狀態(tài)；再用疲勞或疲勞裂紋擴(kuò)展分析預(yù)測在不同使用時(shí)刻損傷狀態(tài)的變化；然后確定其經(jīng)濟(jì)壽命，制訂使用、維修方案。 12 3)裂紋源在高應(yīng)力局部或材料缺陷處。 4)與靜載破壞相比，即使是延性材料，也沒有明顯 的塑性變形。 5)工程實(shí)際中的表面裂紋，一般呈半橢圓形。 飛機(jī)輪轂疲勞斷口 典型疲勞斷口 ， 特征明顯： 1)有裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和 最后斷裂區(qū)三個(gè)部分。 2)裂紋擴(kuò)展區(qū)斷面較光滑， 通?？梢? “ 海灘條帶 ” , 還可能有腐蝕痕跡。 裂紋源 裂紋擴(kuò)展區(qū) 海灘條帶 最后斷裂區(qū) 孔邊角裂紋 斷口 疲勞破壞機(jī)理與斷口特征 一、斷口宏觀特征 13 疲勞破壞與靜載破壞之比較 疲勞破壞 S＜ Su 破壞是局部損傷累積的結(jié)果。 斷口光滑，有海灘條帶或腐蝕痕跡。有裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)。 無明顯塑性變形。 應(yīng)力集中對(duì)壽命影響大。 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)。 靜載破壞 S＞ Su 破壞是瞬間發(fā)生的。 斷口粗糙，新鮮，無表面磨蝕及腐蝕痕跡。 韌性材料塑性變形明顯。 應(yīng)力集中對(duì)極限承載能力 影響不大。 14 二、疲勞破壞機(jī)理及斷口微觀特征 疲勞裂紋萌生機(jī)理： 裂紋起源（裂紋源）在何處？ 高應(yīng)力處： 1）應(yīng)力集中處；缺陷、夾雜，或孔、切口、臺(tái)階等 2）構(gòu)件表面； 應(yīng)力較高，有加工痕跡， 平面應(yīng)力狀態(tài)，易于滑移發(fā)生。 疲勞裂紋的起始或萌生 ， 稱為疲勞裂紋成核 。 疲勞裂紋成核 擴(kuò)展至臨界尺寸 斷裂發(fā)生 15 延性金屬中的滑移 材料表面 材料表面 a) 粗滑移 b) 細(xì)滑移 約 ?m N=104 N=5 104 N= 105 （多晶體鎳恒幅應(yīng)力循環(huán)） 擾動(dòng)載荷 ?應(yīng)力集中 ?滑移帶 ?駐留滑移帶 ?微裂紋 、 擴(kuò)展 ?宏觀裂紋 、 擴(kuò)展 16 裂紋由持久
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