第14章 材料的疲劳与断裂(2015-1版).ppt

第14章 目录 材料力学 第十四章材料的疲劳与断裂 第十四章材料的疲劳与断裂 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 目录 14 1概述 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 二 疲劳破坏的实例 一 疲劳的概念 疲劳 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 二 疲劳破坏的实例 40人死亡 14人受伤 直接经济损失631万元 1999年1月4日 我国重庆市綦 qi 江县彩虹桥发生垮塌 造成 二 疲劳破坏的实例 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 二 疲劳破坏的实例 二 疲劳破坏的实例 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 二 疲劳破坏的实例 二 疲劳破坏的实例 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 二 疲劳破坏的实例 二 疲劳破坏的实例 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 二 疲劳破坏的实例 二 疲劳破坏的实例 第十四章材料的疲劳与断裂 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 目录 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 一 疲劳的概念 轮轴表面A点的正应力 式中 称为应力幅 交变应力 一 疲劳破坏的机理 随时间作周期性变化的应力 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 一 疲劳的概念 疲劳失效 交变应力引起的破坏与静应力引起的破坏截然不同 疲劳 实践表明 一 疲劳破坏的机理 在交变应力作用下发生的突然断裂现象 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 三 疲劳破坏的机理 疲劳失效的特点 3 断口明显地分为光滑区和粗糙区 三 疲劳破坏的机理 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 三 疲劳破坏的机理 疲劳失效过程 三 疲劳破坏的机理 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 三 疲劳破坏的机理 疲劳失效的实质 疲劳失效是很危险的 因为构件中的裂纹很小 不易发现 在名义应力低于抗拉强度 甚至低于屈服应力 的情况下 会突然发生断裂 材料中裂纹的形成和扩展的结果 已有资料表明 承受交变应力构件的失效 如飞机 火车和机器 绝大部分是疲劳失效 三 疲劳破坏的机理 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 四 交变应力的种类 强迫振动的梁 其任一点的应力随时间周期变化 j 梁在静平衡位置时的应力 max 梁在最大位移时的应力 min 梁在最小位移时的应力 四 交变应力的种类 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 四 交变应力的种类 一个应力循环 循环次数 周期 四 交变应力的种类 强迫振动的梁 其任一点的应力随时间周期变化 重复变化一次的过程 应力重复变化的次数 完成一个应力循环所需要的时间 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 四 交变应力的种类 交变应力的循环特征 应力比 应力循环中的平均应力 应力循环中的应力幅 四 交变应力的种类 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 四 交变应力的种类 2 非对称循环 即 1 对称循环 非对称循环 平均应力 对称循环 四 交变应力的种类 应力循环种类 14 3材料的疲劳破坏特征及机理 四 交变应力的种类 应力循环种类 或 4 静应力 交变应力的特例 3 脉冲循环 脉冲循环和静应力为非对称循环 四 交变应力的种类 第十四章材料的疲劳与断裂 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 目录 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 一 疲劳的强度指标 在交变应力作用下 构件内的最大应力小于屈服应力时就可能发生疲劳失效 因此 屈服应力或抗拉强度不能作为疲劳强度指标 材料的疲劳强度指标必须由疲劳强度试验测定 一 疲劳的强度指标 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 一 疲劳的强度指标 试验表明 在某一循环特性下 若最大应力不超过某一极限值 则材料可经受无限次应力循环而不发生疲劳 通常将最大应力的这一极限值称为材料在循环特性r时的疲劳极限 持久极限 用 r表示 疲劳极限是衡量材料疲劳失效的强度指标 疲劳极限与循环特性有关 对称循环时的疲劳极限最小 对称循环是交变应力中的最危险情况 一 疲劳的强度指标 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 二 疲劳极限的测定方法 疲劳极限的测定 2 第一根试样承受 max 0 7 b 通常在纯弯曲变形下测定对称循环时的疲劳极限 1 测定步骤 1 准备6 10个d 7 10mm光滑小试样 3 逐步减小 max 直到循环次数很大时 得到 1 max 二 疲劳极限的测定方法 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 二 疲劳极限的测定方法 二 疲劳极限的测定方法 疲劳极限的测定 通常在纯弯曲变形下测定对称循环时的疲劳极限 1 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 二 疲劳极限的测定方法 以最大应力为纵坐标 循环次数 寿命 为横坐标 将疲劳试验结果描绘成的曲线 称为应力 寿命曲线或S N曲线 二 疲劳极限的测定方法 14 4S N曲线及疲劳极限的测定 二 疲劳极限的测定方法 常温试验结果表明 若钢材经过107次循环仍未疲劳 则再增加循环次数 也不会疲劳 循环基数 N0 107循环次数 二 疲劳极限的测定方法 第十四章材料的疲劳与断裂 14 5构件的疲劳极限 目录 14 5构件的疲劳极限 14 5构件的疲劳极限 一 构件外形的影响 一 构件外形的影响 对称循环下 有效应力集中系数定义为 拉压 弯曲 扭转 式中 或 无应力集中的光滑试样的疲劳极限 14 5构件的疲劳极限 二 构件尺寸的影响 二 构件尺寸的影响 对称循环下 尺寸系数定义为 拉压 弯曲 扭转 式中 或 光滑大试样的疲劳极限 或 光滑小试样的疲劳极限 14 5构件的疲劳极限 三 构件表面质量的影响 三 构件表面质量的影响 对称循环下 表面质量系数定义为 式中 表面磨光试样的疲劳极限 光滑小试样的疲劳极限 14 5构件的疲劳极限 四 构件各种因素的影响 考虑上述各因素的影响 在对称循环下 构件的疲劳极限为 拉压 弯曲 扭转 四 构件各种因素的影响 第十四章材料的疲劳与断裂 14 6基于疲劳极限的无限寿命设计法