【文章內容簡介】 材料的極限強度為 Su=1200 MPa，基本 SN曲線為 S4N=?1016，試估算其壽命。 2. 求 Sa(r=1)。 由方程： (Sa/Sa(r=1))+(Sm/Su)=1 可解出： Sa(r=1)= MPa 3. 估計構件壽命 N=C/Sm= 1016/= 105 (次 ) Sa= Sm=0 等壽命 29 已知 應力比 r 應力幅 Sa 恒幅疲勞壽命估算方法： 已知材料的基本 SN曲線 r=1 Yes SaS1 Sm=(1+r)/(1r)Sa No Nf?? Yes No 求壽命 Nf=C/Sam 由 Goodman直線： (Sa/S1)+(Sm/Su)=1 求 Sa(r=1) 30 若構件在某恒幅應力水平 S作用下，循環(huán)至破壞的壽命為 N，則循環(huán)至 n次時的損傷定義為： D=n/N 若 n=0, 則 D=0， 構件未受損傷； n D O n1 D1 D隨循環(huán)數 n線性增長： N 1 若 n=N，則 D=1， 發(fā)生疲勞破壞。 疲勞破壞判據為： D=1 Di=ni /Ni 3. 線性累積損傷理論 返回主目錄 31 ni 是在 Si作用下的循環(huán)次數， 由載荷譜給出 ； Ni 是在 Si下循環(huán)到破壞的壽命 ， 由 SN曲線確定 。 若構件在 k個應力水平 Si作用下，各經受 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。 D D n N i k i i = = ? ? 1 Miner 線性 累積損傷理論 的 破壞準則為： D n N i i = = ? 1 S S1 n3 S2 S3 n2 n1 O n 變幅載荷譜 32 A O 1 D n N2 N1 B D1 D2 n1 n2 線性 累積損傷理論與 載荷的作用次序無關。 D n N i i = = ? 1 1 1 2 2 N n N n D + = =1 2 2 1 1 N n N n D + = =1 A O 1 D n N2 N1 B D1 D2 n1 n2 33 解 ：由 SN曲線算 Ni 例 2 構件 SN曲線為 S2N= 1010；若其一年內所 承受的典型應力譜如表，試估計其壽命。 設構件壽命為 ?年，則總損傷應當是 D=??(ni/Ni)。 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；設計壽命期間 載荷譜如表。試估計最大可用應力水平 S。 解 ： 假定載荷 F時的應力水平為 Si=200MPa。 由 SN曲線得到 Ni, 計算損傷 Di，列入表中。 可知，若取 S=200MPa, D=1,發(fā)生疲勞破壞。 再取 S=150MPa, 算得： D=1, 可達設計壽命。 載荷 Fi ni(106) F 總損傷 D=?Di=?ni/Ni= Si (MPa) 200 160 120 80 Di=ni/Ni Ni (106) 150 120 90 60 35 變幅載荷疲勞分析的方法 : 1) 已知典型周期內的應力譜，估算使用壽命。 典型應力譜 (Si, ni) 判據 ?D=1 SN曲線 Ni=C/Sm Di=ni /Ni D=?ni /Ni 壽命 ?=1/D 2) 已知應力譜型和壽命，估計可用應力水平。 應力譜型 (Si？ , ni) 判據 D=1 SN曲線 Di=ni /Ni D=?ni /Ni Ni=C/Sm S=Si yes 調整 Si，重算 no 假設 Si 36 再 見 習題： 124， 125 返回主目錄 37 r=1的 SN曲線是基本 SN曲線。 疲勞性能可用 SN曲線描述： Sm?N=C 疲勞 是在某點或某些點承受 擾動應力 ，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 永久結構變化的 發(fā)展過程 。 回 顧 無限壽命設計： S?Sf ； Sf—疲勞持久極限 Goodman等壽命直線 (不同應力水平的等壽命轉換）： (Sa/S1)+(Sm/Su)=1 Miner線性 累積損傷理論 的 破壞準則為： （變幅載荷下的疲勞分析） D n N i i = = ? 1 38 結構中的缺陷是引起破壞的重要原因。最嚴重的缺陷是裂紋。 裂紋引起斷裂破壞，如何分析、控制？ 不會分析時，構件發(fā)現裂紋，報廢。 20世紀 50年代后，“斷裂力學”形成、發(fā)展，人們力圖控制斷裂、控制裂紋擴展。 裂紋從何而來？材料缺陷；疲勞萌生； 加工、制造、裝配等損傷。 返回主目錄 斷裂失效與斷裂控制設計 39 低應力斷裂： 在靜強度足夠的情況下發(fā)生的斷裂 。 低應力斷裂是由裂紋引起的。 中心裂紋 工程常見裂紋 2a ? W B ? 邊裂紋 a ? ? 表面裂紋 2c a t ? ? 討論張開型 (I型 )裂紋，最常見、最嚴重。 二維裂紋， 穿透厚度裂紋 ，最簡單。 1 結構中的裂紋 40 作用 (?、 a)越大，抗力 (K1C)越低，越可能斷裂 。 裂紋尺寸和形狀 (先決條件 ) 應力大小 (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 。 斷裂三要素 抗力 斷裂判據可寫為： a K f W a = ( , ) L ? p ? K c 1 作用 ? ? a 斷裂控制參量： 應力強度因子 K 2 斷裂控制參量和斷裂判據