材料力學(xué)性能教學(xué)課件ppt材料的疲勞(編輯修改稿)
2025-04-18 07:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 勞壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，得到不同的試驗(yàn)點(diǎn)，連接各點(diǎn)便得到過(guò)載損傷界。 ? 過(guò)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(guò)載持久值 ）之間的影線區(qū)，稱為過(guò)載損傷區(qū)。 ? 機(jī)件過(guò)載運(yùn)轉(zhuǎn)到這個(gè)區(qū)域里，都要不同程度地降低材料疲勞極限，在持久值附近，降低的越多。 ? 材料的過(guò)載損傷界（或過(guò)載持久值）越陡直，損傷區(qū)越窄，則其抵抗疲勞過(guò)載的能力越強(qiáng)。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 40 ?金屬材料在高于疲勞極限的應(yīng)力下運(yùn)行時(shí)，發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次稱為材料的 過(guò)載持久值 ，也稱 有限疲勞壽命 。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 ?過(guò)載持久值： 抗過(guò)載的能力 ?過(guò)載損傷界： 抗偶然過(guò)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(tái)階、拐角、鍵槽、油孔、螺紋等，這些結(jié)構(gòu)類似于缺口作用，會(huì)改變應(yīng)力狀態(tài)造成應(yīng)力集中。 ?所以了解缺口引起的應(yīng)力集中對(duì)疲勞極限的影響也很重要。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 42 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 43 ?（ 1） Kf=Kt，即缺口試樣疲勞過(guò)程中應(yīng)力分布與彈性狀態(tài)完全一樣，沒(méi)有發(fā)生應(yīng)力重新分布，這時(shí)缺口降低疲勞極限最嚴(yán)重，疲勞缺口敏感度 qf=1，材料的缺口敏感性最大。 ?（ 2） Kf=1， σ1=σ1N，缺口不降低疲勞極限，說(shuō)明疲勞過(guò)程中應(yīng)力產(chǎn)生了很大的重分布，應(yīng)力集中效應(yīng)完全被消除， qf=0，材料的缺口敏感性最小。 ?所以 qf值能反映在疲勞過(guò)程中材料發(fā)生應(yīng)力重新分布，降低應(yīng)力集中的能力。 ?高周疲勞時(shí) ：大多數(shù)金屬都對(duì)缺口十分敏感； ?低周疲勞時(shí) ：大多數(shù)金屬都對(duì)缺口不太敏感，這是因?yàn)楹笳呷笨诟繀^(qū)域已處于塑性區(qū)內(nèi)，發(fā)生應(yīng)力松弛，使應(yīng)力集中降低所致。 根據(jù)疲勞缺口敏感度評(píng)定材料時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)兩種極端情況： 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能 44 ?疲勞過(guò)程包括 疲勞裂紋萌生、裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展及最后失穩(wěn)擴(kuò)展 三個(gè)階段，其疲勞壽命 Nf由疲勞裂紋萌生期 N0和裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展期 Np所組成。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 46 一、疲勞裂紋萌生過(guò)程及機(jī)理 ?宏觀疲勞裂紋是由 微觀裂紋的形成、長(zhǎng)大及連接 而成的，常將 ~ ，并由此確定疲勞裂紋萌生期。 ?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、夾雜物或其界面開裂，晶界或亞晶界開裂 等。 （一）滑移帶開裂產(chǎn)生裂紋 ?試驗(yàn)表明：金屬在循環(huán)應(yīng)力（ σσ1）長(zhǎng)期作用下，即使其應(yīng)力低于屈服應(yīng)力，也會(huì)發(fā)生循環(huán)位移并形成 循環(huán)滑移帶 。 ?與靜載荷時(shí)均勻滑移帶相比，循環(huán)滑移 不均勻，總是集中分布于某些局部薄弱區(qū)域 。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 47 ? 用電解拋光方法很難將已產(chǎn)生的表面循環(huán)滑移帶去除，即使能去除，當(dāng)對(duì)試樣重新循環(huán)加載時(shí)，則循環(huán)滑移帶又在原處出現(xiàn)，這種 永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為 駐留滑移帶 。 ? 隨著加載循環(huán)周次的增加，循環(huán)滑移帶不斷加寬，當(dāng)加寬到一定程度時(shí)，由于位錯(cuò)的塞積和交割作用，便在 駐留滑移帶形成微裂紋 。 ? 駐留滑移帶在加寬過(guò)程中，還會(huì)出現(xiàn) 擠出脊和侵入溝 ，于是產(chǎn)生應(yīng)力集中和空洞，經(jīng)過(guò)一定循環(huán)后也會(huì)產(chǎn)生微裂紋。 ? 只要提高材料的滑移抗力，如采用固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等手段，均可以阻止疲勞裂紋的萌生，提高疲勞強(qiáng)度。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 48 PSB處萌生裂紋 49 50 51 （二）相界面開裂產(chǎn)生裂紋 ?在疲勞失效分析中，常常發(fā)現(xiàn)很多疲勞源都是由材料中的 第二相或夾雜物 引起的，因此提出了 第二相、夾雜物本身開裂 的疲勞裂紋萌生機(jī)理。 ?只要能降低第二相或夾雜物的脆性，提高相界面強(qiáng)度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布，使之 “少、圓、小、勻” ，均可抵制或延緩裂紋在第二相或夾雜物附近萌生，提高疲勞強(qiáng)度。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 52 （三）晶界開裂產(chǎn)生裂紋 ?多晶材料由于晶界的存在和相鄰晶粒的不同取向性，位錯(cuò)在某一晶粒內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到晶界的阻礙作用，在晶界處發(fā)生位錯(cuò)塞積和應(yīng)力集中現(xiàn)象， ?在應(yīng)力不斷循環(huán)，晶界處的應(yīng)力集中得不到松弛時(shí)，則應(yīng)力峰越來(lái)越高，當(dāng)超過(guò)晶界強(qiáng)度時(shí)就會(huì)在晶界上產(chǎn)生裂紋。 ?凡是 使晶界弱化和晶粒粗化 的因素，如 晶界有低熔點(diǎn)夾雜物等有害元素和成分偏析、晶界析氫及晶粒粗化 等，均易產(chǎn)生晶界裂紋，降低疲勞強(qiáng)度。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 53 沿晶界的疲勞裂紋 54 55 疲勞裂紋其他萌生方式 疲勞裂紋在表面疏松處生成 56 疲勞裂紋在表面和次表面處生成 57 疲勞裂紋在次表面夾雜物處生成 58 疲勞裂紋在表面腐蝕坑處生成 59 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 60 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 61 二、疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程及機(jī)理 ?根據(jù)裂紋擴(kuò)展方向，裂紋擴(kuò)展可分為兩個(gè)階段： ?第一階
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