第6章 B 交变应力

I.金属材料的疲劳破坏交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，称为交变应力。实践表明：金属材料若长期处于交变应力作用下，则在最大工作应力远低于材料屈服强度，且不产生明显塑性变形的情况下骤然断裂，称疲劳破坏。§6-4交变应力作用下材料的疲劳破坏·疲劳极限光滑区域颗粒状区域目录疲劳破坏：材料与构件在交变应力作用下的失效。疲劳失效实例疲劳失效实例疲劳失效实例

疲劳源目录（1）破坏时，名义应力值远低于材料的静载强度极限；（3）破坏前没有明显的塑性变形即使韧性很好的材料，也会呈现脆性断裂；（2）交变应力作用下的疲劳失效需要经过一定数量的应力循环；（4）同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状区域。疲劳破坏的特征疲劳破坏的发展过程1.高应力区在交变应力下出现微裂缝——裂纹源2.裂纹源尖端的应力集中，使裂纹扩展——宏裂纹3.宏裂纹两侧时压、时离，似相互研磨，形成——光滑区4.裂纹削弱的截面，应力增大到一定程度，在突加的外因（超载、冲击或振动）下突然断裂，断口出现——粗糙区。5.因裂纹尖端为3向应力状

态故为出现脆性断裂。滑移带初始裂纹晶界目录aalPP交变应力的例子——观察车轮上一个点ydo4312zytto1123423Ⅱ.交变应力的基本参数、疲劳极限ydo4312zyaaLF

F交变应力的例子——观察车轴上一个点to12341点的正应力Ⅱ.交变应力的基本参数、疲劳极限随着时间的变化，应力在一固定的最小值和最大值之间作周期性的交替变化，应力每重复变化一次的过程称为一个应力循环。一个应力循环tO最大应力最小应力平均应力应力幅循环特性（应力比）r：或r=0：脉动应力循环r=-1：对称应力循环r=1：静应力σσ

manσ

mint几种特殊的交变应力：目录ttT

发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力

Pmin=55.8kN，螺纹内径

d=11.5mm。求a、m

和

r。解：例题目录持久极限(疲劳极限）

持久极限－经过无穷多次应力循环而不发生疲劳失效时的最大应力值。又称为疲劳极限。疲劳试样持久极限由疲劳实验确定应力－寿命曲线（S-N）目录条件疲劳极限对于钢和铸铁等褐色金属，S－N

曲线都有趋于水平的特点，一般规定经历107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受无穷多次应力循环。目录对于铝合金等有色金属，S－N

曲线通常没有明显的水平部分，一般规定经历5×106～107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受无穷多次应力循环。其时最大的应力值为条件疲劳极限。影响疲劳极限的因素构件外形的影响(构件截面有急剧变化处的应力集中等)；构件尺寸的影响（高应力区疲劳源多)；表面加工质量的影响（加工留下的刀痕或刻痕等会降低疲劳极限）截面突变处的应力集中现象构件外形的影响提高构件疲劳强度的措施1、减缓应力集中（会显著提高构件的疲劳极限）2、降低表面粗糙度（表面质量越高，疲劳极限越高）3、增强表面强度（降低表面裂纹出现概率）传统交变应力下的强度条件是最大循环应力小于构件许用疲劳极限。I.常幅疲劳在交变应力作用下的焊接构件及其连接，由于要计及焊缝处的焊接残余应力，因此在疲劳计算中认为应力循环中的最大应力已达屈服极限，应按应力幅建立强度条件。

应力循环中的应力幅若保持为常数，这种情况的疲劳称为常幅疲劳。§6-5钢结构构件及其连接的疲劳计算考虑到数据分布的统计规律和疲劳破坏的概率因素，引入合适的安全因数，得等幅疲劳许用应力幅实用表达式对于对于常幅疲劳，在常温、无腐蚀情况下的等幅

试验表明，应力幅与循环次数N间的关系，

其表达式式中，C是与构件和连接的种类及其受力情况有关的参数。该式适用于焊接钢构件的各类构件和连接。常幅疲劳强度条件为：Ⅱ.变幅疲劳按线性积累损伤律，将其折算为等效常幅疲劳，按下式进行强度计算。积累损伤理论：变幅交变应力时，如果有若干应力循环中的最大应力超过构件的持久极限，则每一应力循环都将使构件受到损伤，损伤积累到一定程度，将引起疲劳失效。

设变幅交变应力中，超过疲劳极限的应力是σ1

，σ2，…，构件在常幅应力σ1作用下的寿命为N1，则可认为在σ1作用下每循环一次，造成的损伤为1/N1，循环n次，造成的损伤则为n1/N1。

构件在σ1

，σ2，…作用下的循环次数分别为n