应力疲劳PPT课件

1、1应力疲劳应力疲劳: Smax104， 也称高周疲劳高周疲劳。应变疲劳应变疲劳: SmaxSy， Nf104， 也称低周低周应变疲劳。疲劳。 应力水平（S）用R和Sa描述。 寿命（N）为到破坏的循环次数。 研究裂纹萌生寿命，“破坏”定义为： 1.标准小尺寸试件断裂。 脆性材料 2.出现可见小裂纹, 或可测的应变降。延性材料应力 s s应变 e eSyo第1页/共56页2用一组标准试件，在R=-1下，施加不同的Sa，进行疲劳试验，可得到S-N曲线。S103104105106107NfSN第2页/共56页3S103104105106107NfSNSf第3页/共56页4 m与C是与材料、应力比、加载

2、方式等有关的参数。 二边取对数，有: lg S=A+B lgN S-N间有对数线性对数线性关系；参数 A=LgC/m, B=-1/m。Lg S34567Lg NSf第4页/共56页5考虑疲劳极限S Sf f，且当S S趋近于S Sf f时，N N。二边取对数后成为： S=A+B lg N （半对数线性关系） S34567Lg NSf第5页/共56页6500500100015002008000 0AB旋转弯曲疲劳极限S MPaf f 材料极限强度S MPauS /S =0.5S /S =0.5fuS =700S =700f f第6页/共56页7第7页/共56页8( (供初步设计参考) )Lg S

3、34567Lg N120SuSf第8页/共56页9StR=-1R=-1/3R=0SmSa不变，R or Sm ；N ；N不变，R or Sm ；SN ;SNSm0aR增大第9页/共56页10SS-1aSuSmN=104N=107Sa/S-110 1 Sm/Su N=107 Haigh 图如图，在等寿命线上， Sm ，Sa ； Sm Su。Haigh图图: (无量纲形式)N=107, 当Sm=0时，Sa=S-1； 当Sa=0时，Sm=Su。GerberGoodman第10页/共56页11 2. ： Sf(tension)u=420 MPa 若基本S-N曲线用幂函数式 SmN=C 表达，则 m=3

4、/lg(0.9/k)=7.314 ； u)m103=1.5361025第11页/共56页12 4. 对称循环(Sa=568.4, Sm=0)条件下的寿命，可由基本S-N曲线得到，即 N=C/Sm=1.5361025=1.09105 (次) 3. 利用基本S-N曲线估计疲劳寿命，需将实际工作循环应力水平, 为对称循环下的应力水平Sa(R=-1)，由Goodman方程有： (Sa/Sa(R=-1)+(Sm/Su)=1 可解出： Sa(R=-1)=568.4 MPa第12页/共56页13S-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1D且有： k=1 (45 线)时， Sm=Sa， R=0; k=

5、 (90 线)时， Sm=0， R=-1; k=0 ( 0 线) 时， Sa=0， R=1;kh作 DC OA ，DC是R的坐标线，？第13页/共56页14S-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1Dh第14页/共56页15对任一点A，有 Sin =Sa/OA, cos =Sm/OA 由 AOC可知：S1=OC=OASin(45 - ) =( )OA(Sm-Sa)/OA =( )Smin2/22/2ASS-10 C SD S 2-101RSaSm1u第15页/共56页16R R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-20002004006002004006

6、00200400S /MPamS /MPaaS S /MPaminS S /MPamaxS S /MPamax 7075-T6 7075-T6 铝合金等寿命疲劳图600400200N=106N=105N=104N=107N=104Sm=330Sa=220Smax=550Smin=110第16页/共56页17R R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-2000200400600200400600200400S /MPamS /MPaaS S /MPaminS S /MPamaxS S /MPamax 7075-T6 7075-T6 铝合金等寿命疲劳图6004002

7、00N=106N=105N=104N=107N=104, Sa=220, lgSaN=105, Sa=180, lgSa=2.255 N=106, Sa=150, lgSa=2.176 N=107, Sa=130, lgSa=2.114 Lg S34567Lg N2.12.22.3第17页/共56页18SmaxSmaxddDD弯 曲拉 伸 载荷、尺寸不同时的 高应力区域体积拉弯 疲劳破坏主要取决于作用应力的大小和材料抵抗疲劳破坏的能力。第18页/共56页19第19页/共56页20400700100013001.00.80.60.40.20表面光洁度系数抗拉强度 (Mpa)镜面抛光精磨热轧锻造盐

8、水腐蚀机械加工第20页/共56页21第21页/共56页2210104 410105 510106 610107 7NS500500400400300300200200150150镀镍+喷丸喷丸+镀镍基材镀镍 镀镍、喷丸对疲劳性能的影响第22页/共56页23第23页/共56页24拉伸平均应力 大截面尺寸表面粗造 镀铬和镀镍锻造或热轧脱碳第24页/共56页25渗氮 硬化处理碳化（渗碳） 喷丸冷轧第25页/共56页26再见！谢谢！第26页/共56页27第27页/共56页28实际零构件 缺口 应力集中 疲劳性能下降。第28页/共56页29第29页/共56页30第30页/共56页31典型载荷块典型载荷块

9、：“100100起落”，“万公里”，“年”等。SN(起落次数)100200某飞机主轮毂实测载荷谱滑行滑行滑行拐弯拐弯着陆着陆载荷谱分实测谱和设计谱。设计寿命期内的设计寿命期内的载荷总谱载荷总谱。SS1S2S30n第31页/共56页32nD0n1D1N1第32页/共56页33第33页/共56页34ABAB第34页/共56页35确定载荷谱，选取拟用的应力水平；选用适合构件使用的S-NS-N曲线；计算在应力水平Si下循环ni次的损伤： Di=ni/Ni；计算总损伤 D= ni/Ni；若D1，则应降低应力水平或缩短使用寿命。第35页/共56页36解解： 假定载荷P时的应力水平为Si=200MPa。 由

10、S-N曲线得到Ni, 计算损伤Di，列入表中。可知，若取S=200MPa, D=1.751,发生疲劳破坏。再取S=150MPa, 算得： D=0.981, 可达设计寿命。载荷Pi ni(106) P 0.05 0.8P 0.1 0.6P 0.5 0.4P 5.0 总损伤 D= Di= ni/NiSi (MPa) 200 160 120 80Di=ni/Ni0.0800.1020.288Ni (106) 0.625 0.976 1.736 3.30615012090601.1111.7363.0866.9440.0450.0580.1620.7190.98第36页/共56页37第37页/共56页

11、38设由使用经验知由使用经验知构件在B谱下的寿命为NB，则：Nn NQBiiBB()DnNiiNn NQAiiAA()待求的另一相似构件待求的另一相似构件在A谱下的寿命为NA，又有：第38页/共56页39：1.1.是构件相似，主要是疲劳破坏发生的高应力区 几何相似；2.2.载荷谱相似，主要是载荷谱型（次序）相似， 载荷大小可以不同。NQnNNn Nn NAAABBA ()( / ) /( / )许多改进设计，改进设计，可以可以借鉴过去原型的使用经验；借鉴过去原型的使用经验；间接考虑了间接考虑了载荷谱型、作用次序及材料分散性的影响；故相对MinerMiner理论预测精度好，应用广泛。第39页/共

12、56页40第40页/共56页41第41页/共56页42第42页/共56页43恒幅载荷随机载荷谱？变幅载荷Miner计数法载荷0t正变程负变程峰谷 相邻峰、谷点载荷值之差。有正、负变程 斜率改变符号 之处。第43页/共56页44第44页/共56页45St0典型谱段雨流计数法雨流计数法要求典型段从最大峰或谷处起止。01122雨流计数典型段不失一般性。不失一般性。第45页/共56页46ABCDEFGHIJA024-2-4tSABCDEFGHIJA024-2-4S第一次雨流BCEFGHIJE024-2-4SB第二次雨流FGIJ024-2-4第三次雨流FI记下流过的最大峰、谷值，为一循环，读出 S, S

13、m。删除雨滴流过部分，对剩余历程重复雨流计数。第46页/共56页47ABCDEFGHIJA024-2-4S第一次雨流BCEFGHIJE024-2-4SB第二次雨流FGIJ024-2-4第三次雨流FI雨流计数结果循环变程均值EHE70.5BCB4 1ADA90.5FGF3-0.5IJI2-1雨流计数是二参数计数，结果均为全循环。典型段计数后的重复，只需考虑重复次数即可。第47页/共56页48若转换时 R不变， N1、N2可用相同的S-N曲线 SmN=C 表示时，等损伤转换条件等损伤转换条件为： n2=n1(N2/N1)=n1(S1/S2)m. 计数后的多级载荷，如何简化到有限的载荷级？不同载荷间转换的原则: : 。