【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 料中都存在著微小的宏觀裂紋（原材料中的冶金缺陷、熱處理裂紋、焊接裂紋、鍛造裂紋、疲勞裂紋等）。正是這種宏觀裂紋的存在，引起材料的低應(yīng)力脆性斷裂，斷裂力學(xué)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 斷裂力學(xué)提出了材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo) —— 斷裂韌度 ，它是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，其單位是 或 。 12M P a m?ICK斷裂韌度 32M N ?? 12I I CK Y a K???IK 12Y ? :?a: 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子 : 裂紋的幾何形狀因子 : 零件工作應(yīng)力 : 裂紋半長(zhǎng)度 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 : 泊松比 三、影響脆斷的因素 工程力學(xué)表明，零件在外力作用下，其內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)都可用三個(gè)主應(yīng)力 、 、 來表示。根據(jù)這三個(gè)主應(yīng)力可以計(jì)算出各點(diǎn)所受的最大切應(yīng)力和“最大正應(yīng)力”。 1?23?? ?1 2 3? ? ???最大切應(yīng)力 : “最大正應(yīng)力” : ? ?m a x 1 3 2? ? ??? ? ?m a x 1 2 3v? ? ? ?? ? ?v應(yīng)力狀態(tài)軟硬系數(shù) : m a x m a x? ? ?? SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 加載方式不同，材料的應(yīng)力狀態(tài)不同，則 不同。 ?若以最大切應(yīng)力 為縱坐標(biāo)，“最大正應(yīng)力” 為橫坐標(biāo)，就可以畫出材料的力學(xué)狀態(tài)圖。 max? max?從該圖可以直接判斷加載方式對(duì)斷裂類型的影響。 例如某材料在三向不等拉伸（即缺口試樣拉伸）情況下，代表該應(yīng)力狀態(tài)的射線 直接與 線相交，故其斷裂前只發(fā)生彈性變形，表現(xiàn)為宏觀正斷式的脆性斷裂。 k?? ?? ?在單向拉伸時(shí) ，表現(xiàn)為宏觀正斷式的韌性斷裂。 ? ?? ? SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 在扭轉(zhuǎn)情況下 ，表現(xiàn)為切斷式的韌性斷裂。 ? ?? ?應(yīng)力狀態(tài)軟硬系數(shù) 越大，應(yīng)力狀態(tài)越軟，脆斷傾向愈小。 ?應(yīng)力狀態(tài)軟硬系數(shù) 越小，應(yīng)力狀態(tài)越硬，脆斷傾向愈大。 ? SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 第三節(jié) 零件在交變載荷 下的疲勞斷裂 一、疲勞的基本概念 1. 交變載荷 —— 方向及大小隨時(shí)間周期性變化的載荷。 零件在交變載荷下經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，叫做疲勞斷裂。 如軸、齒輪、彈簧等許多零件都是在交變載荷下工作的。機(jī)械零件斷裂失效中有 80%以上屬于疲勞斷裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 應(yīng)力幅 : 平均應(yīng)力 : ? ?m a x m in 2a? ? ???? ?m a x m in 2m ? ???應(yīng)力比 : m in m a xr ???最大應(yīng)力 : 最小應(yīng)力 : max?min描述交變載荷的幾個(gè)參量： SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 2. 疲勞斷裂的特點(diǎn) ⑴ 低應(yīng)力：常常明顯低于靜載下的屈服強(qiáng)度。 ⑵ 突然性：斷裂時(shí)無明顯的宏觀塑性變形，無預(yù)兆而是突然地發(fā)生，為脆性斷裂，即使在靜載和沖擊載荷下有大量塑性變形的塑性材料，發(fā)生疲勞斷裂時(shí)也顯示出脆性斷裂的宏觀特征因而具有很大的危險(xiǎn)性。 ⑶ 疲勞斷裂過程： 疲勞裂紋萌生 → 裂紋擴(kuò)展 → 最終斷裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 二、疲勞斷口的特征 分三個(gè)區(qū)域 疲勞源區(qū) 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 最后斷裂區(qū) SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 1. 疲勞裂紋源區(qū) 形成于應(yīng)力集中處 內(nèi)部缺陷（夾雜物，孔洞） 加工缺陷 (刀痕 ,微裂紋 ) 不當(dāng)設(shè)計(jì) (截面突然變化 ) 2. 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 有疲勞裂紋前沿線（疲勞條紋），呈“貝紋狀” 3. 最后斷裂區(qū) 有放射狀線 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 它是材料所承受的交變應(yīng)力 或 和相應(yīng)的斷裂循環(huán)周次N之間的關(guān)系曲線。 三、無裂紋零（構(gòu)）件的疲勞抗力指標(biāo) 1. 疲勞極限和過負(fù)荷持久值 1） 疲勞曲線 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn) max(??)s?當(dāng)應(yīng)力低于 時(shí)，即使循環(huán)無線多次也不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。 r? SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 應(yīng)該指出，材料的疲勞曲線通常用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法測(cè)定， ，其疲勞極限用 表示。 1r ??1?? 條件疲勞極限 —— 不存在疲勞極限時(shí)，規(guī)定循環(huán)基數(shù)N0時(shí)的斷裂應(yīng)力。對(duì)于實(shí)際零件來說， N0是根據(jù)零件工作條件和使用壽命來確定的。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 過負(fù)荷持久值 —— 高于疲勞極限的應(yīng)力下，在規(guī)定循環(huán)周次斷裂所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。 2. 疲勞缺口敏感度 —— q 由于實(shí)際機(jī)器零件常常帶有臺(tái)階、圓角、鍵槽等，不可避免地有應(yīng)力集中存在，從而使零件在較低的應(yīng)力或較短的壽命下產(chǎn)生疲勞裂紋