材料力學(xué)性能教學(xué)課件ppt材料的疲勞-在線(xiàn)瀏覽
2025-05-09 07:45本頁(yè)面
【正文】 曲線(xiàn) ?（一）疲勞曲線(xiàn)和疲勞極限 ?疲勞曲線(xiàn)： 是疲勞應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系曲線(xiàn)，即 SN曲線(xiàn)，是確定疲勞極限、建立疲勞應(yīng)力判據(jù)的基礎(chǔ)。hler）在解決火車(chē)軸斷裂時(shí)，首先提出了疲勞曲線(xiàn)和疲勞極限的概念，所以后人也稱(chēng)該曲線(xiàn)為 維勒曲線(xiàn) 。 ?這類(lèi)材料如果應(yīng)力循環(huán) 107周次不斷裂，則可認(rèn)定承受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)也不會(huì)斷裂，所以常將 107周次作為測(cè)定疲勞極限的基數(shù) 。 第二節(jié) 疲勞曲線(xiàn)及基本疲勞力學(xué)性能 35 （二）疲勞曲線(xiàn)的測(cè)定 ?通常疲勞曲線(xiàn)用 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn) 測(cè)定，其四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)原理見(jiàn)下圖。 ? 用升降法測(cè)定疲勞極限時(shí)，有效試樣數(shù)一般大于 13根，試驗(yàn)取 35級(jí)應(yīng)力水平，每級(jí)應(yīng)力增量一般為 σ1的（ 35） %。 ? 第二根試樣的應(yīng)力水平根據(jù)第一根試樣結(jié)果（破壞或通過(guò)）而定，如果第一根試樣斷裂，則對(duì)第二根試樣施加的應(yīng)力降低（ 35）%，反之，要升高（ 35） %， 其余試樣的應(yīng)力值均應(yīng)依 此法辦理，直至全部完成 試驗(yàn)。 ?對(duì)于中、低強(qiáng)度鋼，疲勞極限與抗拉強(qiáng)度間大體呈線(xiàn)性關(guān)系。 ?σb較高時(shí)，這種近線(xiàn)性關(guān)系就會(huì)發(fā)生偏離，這是由于強(qiáng)度較高時(shí)，材料的塑性和斷裂韌性下降，裂紋易于形成和擴(kuò)展所致。 ?如果金屬在高于疲勞極限的應(yīng)力水平下運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限和疲勞壽命減小，這就造成了 過(guò)載損傷 。 第二節(jié) 疲勞曲線(xiàn)及基本疲勞力學(xué)性能 39 ? 過(guò)載損傷界由實(shí)驗(yàn)確定： 測(cè)出不同過(guò)載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開(kāi)始降低疲勞壽命的應(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。 ? 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。 第二節(jié) 疲勞曲線(xiàn)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(chēng)為材料的 過(guò)載持久值 ，也稱(chēng) 有限疲勞壽命 。 ?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。 ?（ 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。 ?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。 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。 （一）滑移帶開(kāi)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 。 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(chēng)為 駐留滑移帶 。 ? 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。 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(kāi)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(kāi)裂 的疲勞裂紋萌生機(jī)理。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 52 （三）晶界開(kāi)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。 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： ?第一階段：從表面?zhèn)€別侵入溝（或擠出脊）先形成微裂紋，然后裂紋主要沿主滑移系方向，以純剪切方式向內(nèi)擴(kuò)展。沒(méi)有塑性行為的痕跡，也沒(méi)有疲勞輝文，擴(kuò)展深度極淺２～５晶粒范圍。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 62 二、疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程及機(jī)理 ?此階段，裂紋擴(kuò)展速率很低，每個(gè)應(yīng)力循環(huán)約有 數(shù)量級(jí)的擴(kuò)展率， ?許多鐵合金、鋁合金中可觀察到此階段裂紋擴(kuò)展，但缺口試樣中可能觀察不到。 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 63 第四節(jié) 疲勞過(guò)程及機(jī)理 64 ?在室溫和無(wú)腐蝕的條件下疲勞裂紋擴(kuò)展為穿晶狀
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