疲劳与断裂第九章

1、整理课件1版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.整理课件2整理课件3e e0理想弹塑性材料理想弹塑性材料s s2yss syss syss ss se e0硬化材料硬化材料2yss sAyss sA2yss s整理课件4 = = =221)(122a as sapapysKr平面应力平面应力平面应变平面应变整理课件5s sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys整理课件6ysys ss ss s= =s sp pw ws syMKx

2、= =- -22(/ )0 xwwMxwwMs sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0整理课件70 xwwCw wC xwwMxwwMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys整理课件8Rice认为：直到认为：直到w wc= w wM时，上述方法仍然可用。时，上述方法仍然可用。循环载荷下，裂尖有单调塑性区循环载荷下，裂尖有单调塑性区w wM、塑性区塑性区w wc。；整理课件9整理课件10yx单调塑性区单调塑性区循环塑性区循环塑性区实际裂纹：在疲劳载荷作用下发生和发展。实际裂纹：在疲

3、劳载荷作用下发生和发展。 裂纹在已发生塑性变形的材料包围之中。裂纹在已发生塑性变形的材料包围之中。卸载时，弹性变形要恢复；卸载时，弹性变形要恢复； y方向塑性变形不可方向塑性变形不可恢复；裂纹面闭合。恢复；裂纹面闭合。整理课件11s ss ss ss ss smaxminopclt整理课件12-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30lgda/dN (mm/c)D DK (Mpa.m1/2)R=0.05R=0.52D DKeff (Mpa.m1/2)lgda/dN (mm/c)-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30与与D DK K相比，相比，D DK Keffeff是控制裂纹扩展的

4、更本质的参量。是控制裂纹扩展的更本质的参量。整理课件13ABs ss sCODAB0长锯缝长锯缝s s有电阻、光学、超声法等方法。有电阻、光学、超声法等方法。最可靠、应用最广的是最可靠、应用最广的是COD法。法。Paris（1974）给出张开位移为：给出张开位移为： CODAB=4s sa/E=asas 或：或： s s=(E/4a)CODAB式中，平面应力，式中，平面应力，E=E； 平面应变，平面应变，E=E/(1- )2。用锯缝模拟理想裂纹，可验证用锯缝模拟理想裂纹，可验证s s-COD线性关系。线性关系。 a , s s-COD直线的直线的斜率斜率E/4a 。整理课件14s sCODAB

5、0oos s ， 斜率斜率 E/4a ， a ？原闭合裂纹逐渐张开。原闭合裂纹逐渐张开。整理课件15s ss ss ss s- -aDsaDsmaxopopminCOD裂纹裂纹张开张开闭合闭合只要裂纹完全张开，补偿后记录的只要裂纹完全张开，补偿后记录的CODAB-aDsaDs应为一常量（垂线）。一旦裂纹开始闭合，则应为一常量（垂线）。一旦裂纹开始闭合，则CODAB-aDsaDs将偏离垂线。将偏离垂线。s ss ss ss smaxopopminCODCODaDsaDsDsDss-Dss-Dss s整理课件16整理课件17应力水平从应力水平从DsDs2降至降至DsDs1， s sop ，DsDs

6、eff ，da/dN ， 迟滞后恢复。迟滞后恢复。s sDsDsDsDsDsDs1 12 21 1ts sop整理课件18实验结果实验结果:2024-T3铝铝, 62年，年，Schijve.施加了三次施加了三次高载后，寿命延长高载后，寿命延长4倍。倍。a (mm)100501050 10 20 30 4042024-T3铝铝N(10 )ts s整理课件1920世纪年代初，人们才认识到载荷间的相互影响世纪年代初，人们才认识到载荷间的相互影响。观察到单个高载的作用会引起裂纹扩展速率。观察到单个高载的作用会引起裂纹扩展速率的降低。这种现象称为裂纹迟滞。如果高载足的降低。这种现象称为裂纹迟滞。如果高载

7、足够大，可以发生止裂，裂纹扩展完全停止。够大，可以发生止裂，裂纹扩展完全停止。整理课件20aada/dNNda/dN 。通常是在单个或不多几个高载通常是在单个或不多几个高载作用后发生。作用后发生。aada/dNN整理课件21对于高载迟滞现象发生原因的物理解释。对于高载迟滞现象发生原因的物理解释。裂纹闭合裂纹闭合 二者综合作用，造成二者综合作用，造成整理课件222) 裂纹穿过裂纹穿过rOL，即即ai+ryi=aOL+rOL时，迟滞消失。时，迟滞消失。arOLOLairyi整理课件23m 是实测的，预测寿命的结果较好。是实测的，预测寿命的结果较好。arOLOLairyi整理课件24用分析方法预测迟

8、滞扩展。用分析方法预测迟滞扩展。arOLOLaiaryiprreq高载引入裂尖残余压应力高载引入裂尖残余压应力s sres，迟滞发生。迟滞发生。整理课件25 0 0整理课件26已知已知; (; 求求 时的时的计算计算计算计算积分积分预测预测寿命寿命计算计算 计算计算整理课件27arOLOLaiaryiprreq整理课件28ts sOLmaxmina) 拉伸高载拉伸高载 s ss ss st b)压压拉高载拉高载s ss sOLt d)压缩高载压缩高载s stc)拉拉压高载压高载 s ss sOLaN恒幅载荷恒幅载荷(d)(a)a) 迟滞影响大，寿命可增迟滞影响大，寿命可增 1-10倍，甚至止裂。倍，甚至止裂。b) 迟滞影响略迟