疲劳理论.ppt

1 疲劳断裂 课程总结 二 基本概念 三 基本方法 四 抗疲劳断裂设计 一 基本内容 返回主目录 2 一 基本内容 疲劳裂纹萌生 1 4章 机理 规律 S N曲线 e N曲线 萌生寿命 累积损伤 雨流计数 循环应力应变响应计算 裂纹体断裂 5 7章 LEFM 应力强度因子K K1C测试 抗断设计 疲劳裂纹扩展 8 10章 da dN DK曲线 裂纹扩展寿命预测 裂纹闭合与迟滞的概念 抗疲劳设计基本原理 3 1 疲劳问题的特点 扰动应力作用 材料或结构高应力局部 裂纹萌生并扩展 使用至破坏的发展过程 二 基本概念 2 疲劳研究的任务 载荷谱 裂纹萌生和扩展的机理与规律 寿命预测方法 抗疲劳设计方法 4 导出量 平均应力Sm Smax Smin 2应力幅Sa Smax Smin 2应力变程DS Smax Smin应力比或循环特性参数R Smin Smax 5 4 疲劳断口特征 有裂纹源 裂纹扩展区和最后断裂区 裂纹源在高应力局部或材料缺陷处 裂纹扩展区有 海滩条带 和 疲劳条纹 5 疲劳断口分析 是否疲劳破坏 裂纹源 裂纹临界尺寸 裂纹扩展速率估计 破坏载荷 6 疲劳破坏与静载破坏之比较 疲劳破坏S Su破坏是局部损伤累积的结果 断口光滑 有海滩条带或腐蚀痕迹 有裂纹源 裂纹扩展区 瞬断区 无明显塑性变形 应力集中对寿命影响大 由断口可分析裂纹起因 扩展信息 临界裂纹尺寸 破坏载荷等 是失效分析的重要依据 静载破坏S Su破坏是瞬间发生的 断口粗糙 新鲜 无表面磨蚀及腐蚀痕迹 韧性材料塑性变形明显 应力集中对极限承载能力影响不大 7 单调载荷下的弹塑性幂硬化应力 应变关系 6 材料的力学性能 8 断裂性能 平面应变断裂韧性K1C裂纹扩展性能 门槛应力强度因子 Kth 疲劳裂纹扩展速率da dN C K m 9 7 断裂三要素与断裂判据 对于承受拉伸的无限宽中心裂纹板 f 1 对于无限宽单边裂纹板 f 1 12 断裂判据 抗力 作用 应力强度因子K是断裂控制参量 10 8 线弹性断裂力学给出裂尖应力趋于无穷大 故裂尖附近的材料必然要发生屈服 11 11 初始裂纹尺寸a0对寿命有很大的影响 12 Keff是控制da dN的更本质的参量 Keff eff max op 10 疲劳裂纹扩展 da dN的控制参量是 K da dN K曲线有下限 Kth 上限 1 R Kc Paris公式 da dN C K m 12 14 任何预测方法都只能给出统计正确的平均疲劳寿命 13 拉伸平均应力有害 引入残余压应力可改善疲劳性能 拉伸高载作用 会引起后续裂纹扩展迟滞 13 16 耐久性设计三要素 IFQ SCGMC和P t x 目标是 估计经济寿命 实现设计 制造 使用 维修的综合控制 15 损伤容限设计的三要素为 剩余强度 损伤增长和检查周期 目标是 以检查控制损伤程度 保证结构安全 14 三 基本方法 A 应力寿命法 15 A3 变幅载荷下的损伤累积 Miner理论D Di ni Ni 1相对Miner理论NA NB n N B n N A A2 不同R下 Sa Sm关系的等寿命转换 Goodman方程 Sa Sa R 1 Sm Su 1 16 恒幅疲劳应力比R应力幅Sa 已知材料的基本S N曲线 求寿命Nf C Sa 疲劳裂纹萌生寿命分析 17 特例 若载荷为恒幅对称应变循环 m 0 可直接由已知的 a估算寿命 已知 历程 B 应变寿命方法 18 B1 循环应力 应变响应计算方法 19 在这里 20 已知Kt S或e 应力 应变关系 求S或e B2 缺口局部应力 应变计算 Neuber双曲线 se Kt2eS应力应变关系 e s E s K 1 n 21 1 第一次加载 已知S1或e1 求e1或S1 由循环应力 应变曲线和Neuber双曲线 e1 s1 E s1 K 1 n s1e1 Kt2S1e1 B3 缺口疲劳寿命分析计算步骤为 2 其后反向 已知DS或De 由滞后环曲线De DS E 2 DS K 1 n 求De或DS 再由滞后环曲线和Neuber双曲线 DsDe Kt2DSDeDe Ds E 2 Ds K 1 n 22 3 第i点对应的缺口局部si ei为 si 1 si Dsi i 1 ei 1 ei Dei i 1式中 加载时用 卸载时用 4 确定稳态环的应变幅ea和平均应力sm ea emax emin 2 sm smax smin 2 23 C 抗断设计方法 LEFM 1 已知 a 算K 选择材料 保证不发生断裂 基本方程 2 已知a 材料的K1c 确定允许使用的工作应力 3 已知 K1c 确定允许存在的最大裂纹尺寸a 24 D 裂纹扩展寿命估算方法 25 基本疲劳分析方法的比较 26 27 28