工程力学-第12章-B

1、TSINGHUA UNIVERSITY 范钦珊教育教学工作室 FAN Qin-ShanFAN Qin-Shan s Education & Teaching Studios Education & Teaching Studio 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 结 构 的 构 件 或 机 械 、 仪 表 的 零 部 件 在 交 变 应 力结 构 的 构 件 或 机 械 、 仪 表 的 零 部 件 在 交 变 应 力（alternative stress）作

2、用下发生的失效，称为疲劳失效，简作用下发生的失效，称为疲劳失效，简称为疲劳称为疲劳（fatigue）。对于矿山、冶金、动力、运输机械以及。对于矿山、冶金、动力、运输机械以及航空航天等工业部门，疲劳是零件或构件的主要失效形式。统航空航天等工业部门，疲劳是零件或构件的主要失效形式。统计结果表明，在各种机械的断裂事故中，大约有计结果表明，在各种机械的断裂事故中，大约有 8080以上是以上是由于疲劳失效引起的。因此，对于承受交变应力的设备，疲劳由于疲劳失效引起的。因此，对于承受交变应力的设备，疲劳分析在设计中占有重要的地位。分析在设计中占有重要的地位。 疲劳强度已从经典的无限寿命设计发展到现代的有限寿

3、命疲劳强度已从经典的无限寿命设计发展到现代的有限寿命设计和可靠性分析。累积损伤理论为解决疲劳寿命问题提供了设计和可靠性分析。累积损伤理论为解决疲劳寿命问题提供了重要基础及工程计算方法。零件、构件以至设备的寿命、可靠重要基础及工程计算方法。零件、构件以至设备的寿命、可靠性等已成为国内外市场上产品竞争的重要指标。性等已成为国内外市场上产品竞争的重要指标。 这一部分的主要内容包括：疲劳失效的主要特征与失效原这一部分的主要内容包括：疲劳失效的主要特征与失效原因简述；疲劳极限及其影响因素；线性累积损伤理论以及有限因简述；疲劳极限及其影响因素；线性累积损伤理论以及有限寿命和无限寿命的疲劳强度设计方法等。寿

4、命和无限寿命的疲劳强度设计方法等。 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 疲劳失效特征与失效原因分析疲劳失效特征与失效原因分析 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 承受交变应力

5、作用的构件或零部件，大部分都在规承受交变应力作用的构件或零部件，大部分都在规则或不规则变化的应力作用下工作。则或不规则变化的应力作用下工作。 tttTSINGHUA UNIVERSITY最大应力最大应力最小应力最小应力平均应力平均应力应力幅值应力幅值TSINGHUA UNIVERSITY应力循环应力循环TSINGHUA UNIVERSITYmaxminSSr maxminSSminmaxSSr minmaxnSSTSINGHUA UNIVERSITY对称循环对称循环应力比应力比 r = 1 的应力循环。的应力循环。TSINGHUA UNIVERSITY脉冲循环脉冲循环应力比应力比 r = 0

6、的应力循环。的应力循环。TSINGHUA UNIVERSITY01amminmaxSSSSr,TSINGHUA UNIVERSITYAFNxzzIyMPIMxTSINGHUA UNIVERSITY 疲劳失效特征与失效原因分析疲劳失效特征与失效原因分析 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY同一疲劳断口，同一疲劳断口，一般都有明显的光一般都有明显的光滑区域和颗粒状区滑区域和颗粒状区域。域。光滑区域光滑区域颗粒状区域颗粒状区域TSINGHUA UNIVERSITY晶粒晶粒裂纹扩展路径裂纹扩展路径TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVE

7、RSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY疲劳试样疲劳试样TSINGHUA UNIVERSITY疲劳试验装置疲劳试验装置TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY应力应力-寿命曲线寿命曲线TSINGHUA UNIVERSITYO每一应力水平只有一个试样的数据每一应力水平只有一个试样的数据TSI

8、NGHUA UNIVERSITYO每一应力水平有一组试样的数据每一应力水平有一组试样的数据TSINGHUA UNIVERSITYOO每一应力水平有每一应力水平有一组试样的数据一组试样的数据每一应力水平只有每一应力水平只有 一个试样的数据一个试样的数据两种试验的应力两种试验的应力-寿命曲线寿命曲线TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYnmaxtSSK ttKK ttKK

9、TSINGHUA UNIVERSITY11f SSK1S1STSINGHUA UNIVERSITY11tfKqKTSINGHUA UNIVERSITY 零件尺寸的影响零件尺寸的影响尺寸因数尺寸因数 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY1d1TSINGHUA UNIVERSITY 表面加工质量的影响表面加工质量的影响 表面质量因数表面质量因数 TSINGHUA UNIVERSITY11TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 等幅对称应力循环下的

10、工作安全因数等幅对称应力循环下的工作安全因数 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 无限无限寿命区寿命区 若将若将Smax-N 试验数据标在试验数据标在lgS lgN 坐标中，所得到的应坐标中，所得到的应力力-寿命曲线可近似视为由两段寿命曲线可近似视为由两段直线所组成。直线所组成。CNSimi 两直线的交点之横坐标值两直线的交点之横坐标值 N0，称为循环基数；与循环基，称为循环基数；与循环基数对应的应力值（交点的纵坐数对应的应力值（交点的纵坐标）即为疲劳极限。标）即为疲劳极限。 因为循环基数都比较大因为循环基数都比较大(106次以上次以上)，故按疲劳极限

11、进行的，故按疲劳极限进行的强度设计称为无限寿命设计。强度设计称为无限寿命设计。双对数坐标中双对数坐标中lgS lgN 曲线的曲线的斜直线部分，可以表示成斜直线部分，可以表示成 TSINGHUA UNIVERSITY 无限无限寿命区寿命区有限寿命区有限寿命区式中，式中，m和和C均为与材料有关的常均为与材料有关的常数。斜直线上一点的纵坐标为试数。斜直线上一点的纵坐标为试样所承受的最大应力样所承受的最大应力Si，在这一应，在这一应力水平下试样发生疲劳破坏的寿力水平下试样发生疲劳破坏的寿命为命为Ni。Si称为在规定寿命称为在规定寿命Ni下的下的条件疲劳极限。条件疲劳极限。CNSimi 按照条件疲劳极限

12、进行的强按照条件疲劳极限进行的强度设计称为有限寿命设计。因此，度设计称为有限寿命设计。因此，在双对数坐标中在双对数坐标中lgS - lgN曲线上循曲线上循环基数环基数N N0 0以右部分（水平直线）以右部分（水平直线）称为无限寿命区；以左部分（斜称为无限寿命区；以左部分（斜直线）称为有限寿命区。直线）称为有限寿命区。 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY TSINGHUA UNIVERSITY nn TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 等幅对称应力循环下的工作安全因数等幅对称应力循环下的工作安全因数 TSINGHUA UNIVERSITYmaxf1mad1Knxmaxf1mad1KnxTSINGHUA UNIVERSITYmaxf1mad1Knxmaxf1mad1Knxnn11、ffKK、TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYafSSKafSSKS TSINGHUA UNIVERSITY根据光滑小试样的应力根据光滑小试样的应力-寿命曲线寿命曲线 估算疲劳寿命估算疲劳寿命TSI