《疲劳与断裂》PPT课件.ppt

华中科技大学华中科技大学 疲劳与断裂课程组疲劳与断裂课程组 疲劳与断裂疲劳与断裂 Fatigue e. 裂纹锐化，但已扩展了一个a。 裂纹张开、钝化、锐化、扩展，每一个应力循环裂纹张开、钝化、锐化、扩展，每一个应力循环 ，将在裂纹面上留下一条痕迹（，将在裂纹面上留下一条痕迹（striationstriation）。）。 “ “塑性钝化模型塑性钝化模型” ” C. Laird(1967)C. Laird(1967) a. 开始时的裂尖形状； b. 应力增加，裂纹张开， 裂尖材料沿tmax方向滑移； t (e) (d) (c) (b) (a) S 0 c b a d e 塑性钝化过程 48 CrCr12 12Ni Ni 2 2 WMoVWMoV钢疲劳条纹钢疲劳条纹:( :(金属学报金属学报,85) ,85) 透射电镜：透射电镜：1-31-3万倍万倍 疲劳条纹疲劳条纹(striation) (striation) 不同于海滩条带不同于海滩条带(beach mark)(beach mark) t S 谱块 循环 条带 条纹 49 疲劳裂纹扩展的微观机理疲劳裂纹扩展的微观机理 1976 Crooker1976 Crooker 微孔聚合型微孔聚合型 microvoid microvoid coalescencecoalescence 高应力、韧材料高应力、韧材料 微解理型微解理型 microcleavagemicrocleavage 低应力、脆性材料低应力、脆性材料 条纹型条纹型 striationstriation CrCr12 12Ni Ni 2 2 WMoVWMoV钢疲劳断口微观照片钢疲劳断口微观照片:( :(金属学报金属学报,85),85) 三种破坏形式三种破坏形式: : 条纹间距条纹间距=da/dN?=da/dN? 50 疲劳断口观察工具与观察内容的关系疲劳断口观察工具与观察内容的关系: : 1-10 1-10 10-1000 10-1000 1000 1000以上以上 放大放大 倍数倍数 观察观察 工具工具 肉眼，放大镜肉眼，放大镜金相显微镜金相显微镜 电子显微镜电子显微镜 观察观察 对象对象 宏观断口，宏观断口， 裂纹源，滑移，裂纹源，滑移， 条纹，微解理条纹，微解理 海滩条带；海滩条带； 夹杂，缺陷；夹杂，缺陷； 微孔聚合微孔聚合 51 疲劳断口分析，有助于判断失效原因，可为改进疲劳断口分析，有助于判断失效原因，可为改进 疲劳研究和抗疲劳设计提供参考。疲劳研究和抗疲劳设计提供参考。 因此，应尽量保护断口，避免损失了宝贵的信息。因此，应尽量保护断口，避免损失了宝贵的信息。 4. 4. 由疲劳断口进行初步失效分析由疲劳断口进行初步失效分析 断口宏观形貌断口宏观形貌: : 是否疲劳破坏是否疲劳破坏? ? 裂纹临界尺寸裂纹临界尺寸? ? 破坏载荷？破坏载荷？ 是否正常破坏？是否正常破坏？ 金相或低倍观察金相或低倍观察： 裂纹源？是否有材料缺陷？缺陷的类型和大小？裂纹源？是否有材料缺陷？缺陷的类型和大小？ 高倍电镜微观观察高倍电镜微观观察： “ “海滩条带海滩条带”+“+“疲劳条纹疲劳条纹”，使用载荷谱，估计速，使用载荷谱，估计速 率。率。 52 恒幅载荷恒幅载荷 S ，R=-1 基本疲劳性能 S-N曲线 实验研究 平均应力的影响 Goodman直线 缺口影响 尺寸、光洁度 等影响 构件S-N曲线 （各种修正） 无限寿无限寿 命设计命设计 寿寿 命命 预预 测测 变幅载荷变幅载荷 Miner 累积损伤理论 安全寿安全寿 命设计命设计 随机载荷随机载荷 雨流计数法 1.5 1.5 疲劳问题研究方法疲劳问题研究方法 裂纹扩展规律裂纹扩展规律断裂力学规律断裂力学规律损伤容限设计损伤容限设计 53 Three primary fatigue analysis methods Three primary fatigue analysis methods which are the stress-life approach, strain-which are the stress-life approach, strain- life approach, and the fracture mechanics life approach, and the fracture mechanics approach, will be discussed. These methods approach, will be discussed. These methods have their own region of application with have their own region of application with some degree of overlap between them. some degree of overlap between them. 将要讨论三种基本疲劳分析方法，即应力将要讨论三种基本疲劳分析方法，即应力- -寿命寿命 法、应变寿命法和断裂力学方法。这三种方法有法、应变寿命法和断裂力学方法。这三种方法有 其各自的应用范围，相互之间又有某种程度的交其各自的应用范围，相互之间又有某种程度的交 叉。叉。 54 The understanding of any one of these The understanding of any one of these methods provides a technique which may be methods provides a technique which may be used to perform a fatigue analysis. However, used to perform a fatigue analysis. However, it is the insights (it is the insights (见识、洞察力见识、洞察力) gained from ) gained from the understanding of all these methods the understanding of all these methods which allow the engineer to choose the which allow the engineer to choose the method or methods that are most method or methods that are most appropriate for the given problem.appropriate for the given problem. 理解了任何一种方法，就有了一种进行疲劳分析的理解了任何一种方法，就有了一种进行疲劳分析的