【正文】 （或器件）的失效分析 交變載荷：載荷的大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。 平面應(yīng)變狀態(tài)， Z方向彈性約束阻止了該方向的變形。 ICK第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂力學(xué)的發(fā)展： 提出評(píng)定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)： — 斷裂韌度 ICK可控三參數(shù) 換算 臨界條件 工作應(yīng)力 實(shí)際裂紋半長(zhǎng)度 是否安全 安全可靠 安全可靠 安全可靠 IcK c? ca12IcK Y a??12ICcKYa? ? ? ?2c ICa K Y ??c???I IcKK?caa?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 脆性斷裂 韌性斷裂 一定條件 決定材料斷裂類型的主要因素： 加載方式和材料本質(zhì)： 溫度和加載速度 應(yīng)力集中 零件尺寸 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 1. 加載方式和材料本質(zhì)： x y z xy?xz?xx?yy?yz?yx?zy?zz?zx?x y x?y?y?x?y?x?y?x?x y x?y?y?x?y?x?y?x?n ? ????以主平面為單元體的各面則稱為主單元體 x y x?y?y?x? 1P?2P?????從變形體內(nèi)任意點(diǎn)取出的單元體稱為原始單元體 主單元體的各表面上只有正應(yīng)力，沒(méi)有切應(yīng)力 對(duì)平面應(yīng)力狀態(tài)， z平面也為一個(gè)主平面，其上的主應(yīng)力為零。 原因：沒(méi)考慮一般材料中都存在著微小的宏觀裂紋。 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 二、沖擊韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 沖擊韌性試驗(yàn)： 基本原理： 用一定質(zhì)量的物體以一定的速度沖擊一定形狀的試樣，測(cè)量斷裂試樣需要的能量，以此能量值表示該材料的沖擊韌性。 沖擊韌性： 用指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。 應(yīng)變速率增加，使材料變脆傾向增大。 韌性斷裂前有明顯的塑性變形 脆性斷裂前無(wú)明顯塑性變形 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 韌窩 齊整表面 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性： 材料在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力，是材料輕度和塑性的綜合表現(xiàn)。 外力不斷增加，塑性變形不斷進(jìn)行，裂紋不斷擴(kuò)展，直到達(dá)到臨界裂紋長(zhǎng)度。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 三 . 過(guò)量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過(guò)了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 2. 過(guò)量塑性變形及其抗力指標(biāo) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 總 結(jié) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 應(yīng) 用 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂： 材料在應(yīng)力作用下分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的部分現(xiàn)象 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 宏觀變形量的大小 韌性斷裂 脆性斷裂 斷裂前發(fā)生明顯的宏觀塑形變形 斷裂前不發(fā)生塑形變形 斷裂前 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 脆性斷裂沒(méi)有明顯征兆，危害性極大。熔點(diǎn)越高，彈性模量也越高，隨溫度升高而降低。 維氏硬度 — HV 22 1 3 6sin2PHVd?以一定大小的載荷 P,將一個(gè)金剛石四棱錐壓入金屬表面，單位壓痕面積上的載荷即為金屬的維氏硬度，單位 kgf/mm 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 三 . 過(guò)量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過(guò)了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 1. 過(guò)量彈性變形及其抗力指標(biāo) 鏜床鏜桿 被加工零件的精度 較小彈性變形 本身由于剛度不足 過(guò)量彈性變形 鏜出的孔偏小、錐度，影響加工精度、廢品 齒輪軸過(guò)量變形 加速齒輪磨損，增加噪聲 彈簧過(guò)量變形 不能達(dá)到承載能力 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 三 . 過(guò)量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過(guò)了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 1. 過(guò)量彈性變形及其抗力指標(biāo) 剛度：零構(gòu)件受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。 洛氏硬度 — HRC ()100 2( )t mmHRCmm??常用洛氏硬度為 C級(jí)，用 150kgf的載荷將一個(gè) 120176。 工業(yè)中應(yīng)用最廣泛 以硬質(zhì)合金或金剛石錐體為壓頭 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。用測(cè)得的撞銷回跳的高度來(lái)表示硬度。 應(yīng)用彈性回跳法將撞銷從一定高度落到所試材料的表面上而 發(fā)生回跳。 應(yīng)用 劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試 礦物 的表面而發(fā)生劃痕 用測(cè)得的劃痕的 深度 分十級(jí)來(lái)表示 硬度 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) 莫氏硬度 — 表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。 物理意義由試驗(yàn)方法決定。 通常用斷后伸長(zhǎng)率 δ和斷面收縮率 ψ來(lái)衡量。 彈性指標(biāo) →彈性能 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 2） 塑性：指材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。 通常用彈性變形時(shí)的吸收能 u 來(lái)表示。 彈性模量 E(或切變模量 G)是表征材料 剛度的性能指標(biāo) (why) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （ 2） 強(qiáng)度 定義：強(qiáng)度是指材料抵抗變形或斷裂的能力 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （ 2） 強(qiáng)度 是材料應(yīng)力和應(yīng)變成正比的最大應(yīng)力 是不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力 是材料開始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力 是材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應(yīng)力 是材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 1） 彈性：指材料彈性變形的大小。 O ? ? A % S ?無(wú)明顯屈服階段的，規(guī)定以 塑性應(yīng)變 =%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為 名義屈服極限 ，記作 p? ?第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （ 1） 剛度 定義：剛度是指零（構(gòu)）件在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力 等于材料彈性模量與零（構(gòu)）件截面積的乘積。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一 . 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變行為 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 低碳鋼拉伸曲線的 4個(gè)階段、 3個(gè)特征點(diǎn) ?OB：彈性階段（卸載可逆） ? ? ?P ?e ?s ?b A B C C’ D E O ? A：比例極限 ?P B：彈性極限 ?e ?BC’：屈服階段（出現(xiàn)塑性變形） （兩者很接近） ? =E? ? =E? E=tan ? C：屈服極限 ?s 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 ? C’D:強(qiáng)化階段 D：強(qiáng)度極限 ?b ? DE：縮頸階段（局部收縮階段） ?0 ?p ?e ?t ?e:彈性應(yīng)變 ， ?p:塑性應(yīng)變（不可逆的殘余應(yīng)變） ? ? ?P ?e ?s ?b A B C C’ D E O ? ? =E? 卸載曲線 卸載后再加載曲線 屈服極限提高：冷作硬化 ，在 C’D段內(nèi)卸載曲線為彈性直線 E：斷裂點(diǎn) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一 . 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變行為 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 其他類型材料的應(yīng)力 應(yīng)變行為 彈性變形、塑性變形 彈性變形 非線性彈性變形 1— 純金屬 （ Al、 Cu、 Ag等） 2— 脆性材料 （陶瓷、白口鑄鐵、淬火高碳鋼） 3— 高彈性材料 （橡膠） 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 其他類型材料的應(yīng)力 應(yīng)變行為 1 2 3 4 10 20 30 ?(%) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 ?(MPa) 錳鋼 硬鋁 退火球墨鑄鐵 低碳鋼 特點(diǎn)： d 較大 ， 為塑性材料