疲劳断裂机理以及对策

1、关于疲劳断裂机理及对策第一张，PPT共二十六页，创作于2022年6月脆性材料和韧性材料脆性：指材料受到外力时，其内部容易产生裂纹并破坏的性质 韧性：塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力 ，通过变形松弛应力，重新分布第二张，PPT共二十六页，创作于2022年6月弹性(Elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性。塑性(Plasticity)：固体金属在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力 屈服(Yielding)：开始产生塑性变形的临界状态损伤(Damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程断裂(Fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程 材料的几个基本概念强

2、度：构件抵抗破坏的能力刚性：构件抵抗变形的能力第三张，PPT共二十六页，创作于2022年6月材料变形过程 以单向拉伸为例说明弹塑性变形过程与特点。金属变形分为弹性、塑性变形、破裂三个阶段。 ss- 屈服强度，材料塑形变形sb- 抗拉强度，材料断裂se- 弹性极限sk- 断裂应力第四张，PPT共二十六页，创作于2022年6月材料特性指标 E-弹性模量（抗压）G-抗剪模量u-泊松比第五张，PPT共二十六页，创作于2022年6月金属试样断裂形式脆性材料尺度小第六张，PPT共二十六页，创作于2022年6月传统强度设计方法 传统强度设计方法通常以设定最大载荷下计算材料受力状态（拉伸，压缩或剪切），以材料

3、屈服强度（或剪切强度）校核，并设定安全系数（如1.5，4）作为结构设计参数。第七张，PPT共二十六页，创作于2022年6月传统的强度校核设计弊端第八张，PPT共二十六页，创作于2022年6月断裂力学基本概念构件断裂破坏原因主要为： 低应力条件下造成裂纹扩展直至断裂 应力腐蚀（应力和腐蚀作用）产生裂纹及扩张，造成构件强度不足 实际构件应用中只有极少量构件断裂或破损由于强度不足造成塑形变形或脆性断裂 断裂力学即以裂纹形成，发展，扩充，直至断裂过程为研究对象的学科第九张，PPT共二十六页，创作于2022年6月疲劳断裂过程，图片第十张，PPT共二十六页，创作于2022年6月疲劳断裂机理-裂纹第十一张，

4、PPT共二十六页，创作于2022年6月疲劳断裂机理-裂纹第十二张，PPT共二十六页，创作于2022年6月疲劳断裂过程第十三张，PPT共二十六页，创作于2022年6月疲劳断裂机理-缺陷形成 1 裂尖位错发射和断裂位错 2 晶体疲劳和晶界 3 脆性材料微小裂纹扩展 4 变形和损伤 第十四张，PPT共二十六页，创作于2022年6月疲劳断裂机理-材料缺陷和裂纹第十五张，PPT共二十六页，创作于2022年6月疲劳断裂机理-微观缺陷位错和晶界缺陷晶界缺陷第十六张，PPT共二十六页，创作于2022年6月晶体缺陷-位错第十七张，PPT共二十六页，创作于2022年6月1.材料杂质，孔洞，切口等2.加工过程形成的

5、微小裂纹3.构件几何特征（尖角，台阶）引起的加工过程造成的残留内应力集中，释放后形成应变（缺陷）4.构件存在的台阶断差等在负载下的材料应力突变疲劳断裂机理-宏观缺陷第十八张，PPT共二十六页，创作于2022年6月裂纹扩展在交变应力或脉冲应力作用下，裂纹扩展-疲劳断裂定义。幅度越大，频率越大则扩展速度越快第十九张，PPT共二十六页，创作于2022年6月交变力（应变）和脉冲力（应变）交变力脉冲力如循环受到拉/压力如循环受到压力*由某个正值减小为零的循环*弯矩/扭曲也适用第二十张，PPT共二十六页，创作于2022年6月抗疲劳对策结构设计材料选用加工过程后处理构件加载状态 基于以上断裂分析，工程应用中

6、为提高疲劳寿命，通过减少裂纹数量，裂纹大小程度及减缓裂纹扩展速度进行对策第二十一张，PPT共二十六页，创作于2022年6月抗疲劳对策-结构设计避免尖锐形状，适当增大过渡圆弧减少尺寸梯度原因：可减缓应力梯度有利于减少加工过程造成的裂纹缺陷优优第二十二张，PPT共二十六页，创作于2022年6月抗疲劳对策-材料选用适用条件下选用屈服强度低（塑形好）的材料原因：屈服强度指标低反应材料晶体缺陷（位错）少，晶界裂纹少第二十三张，PPT共二十六页，创作于2022年6月抗疲劳对策-加工过程避免加工过程中造成微小裂纹或晶体位错增加切削加工采用锋利刃具，小进给量，恰当的热量传递等措施，可减少加工过程的裂纹热加工（热锻）及热处理过程的微小裂纹或晶体位错控制第二十四张，PPT共二十六页，创作于2022年6月抗疲劳对策- 加工后处理减少或消除表面受力部