哈工大能源学院材料力学讲课课件第15章.ppt

1、第15章 疲劳,15-1 交变应力与对其描述,1）交变应力,像这样随时间而循环变化的应力，称为交变应力。,交变应力随时间变化的历程称为应力谱。,第15章 疲劳,15-1 交变应力与对其描述,1）交变应力,交变应力的分类：,等幅交变应力,变幅交变应力,随机交变应力,变化幅度不变,变化幅度也作循环变化,变化没有规律,第15章 疲劳,15-1 交变应力与对其描述,1）交变应力,应力循环,最大应力,应力幅值,循环特征 r,2）交变应力的描述,图中 S 表示广义应力,循环次数 N,最小应力,平均应力,第15章 疲劳,15-1 交变应力与对其描述,1）交变应力,对称循环的交变应力,2）交变应力的描述,3）

2、几个典型的交变应力,第15章 疲劳,15-1 交变应力与对其描述,1）交变应力,脉动循环的交变应力,2）交变应力的描述,3）几个典型的交变应力,第15章 疲劳,15-1 交变应力与对其描述,1）交变应力,静应力,2）交变应力的描述,3）几个典型的交变应力,第15章 疲劳,15-2 疲劳的概念及材料的疲劳极限,构件在交变应力作用时的破坏，称为疲劳失效，简称疲劳。,破坏时的名义应力值远小于材料的静强度指标（ ),1）疲劳的概念,大量工程实践与试验结果表明，构件疲劳与在静应力作用下的破坏决然不同，有以下四个明显特征：,需要经历一定次数的应力循环后才破坏，破坏有一个过程。,破坏是脆性断裂，既使塑性很好

3、的材料，也是如此。,构件的破坏断面，明显分成光亮区域与颗粒状的粗糙区域。,第15章 疲劳,15-2 疲劳的概念及材料的疲劳极限,2）材料的疲劳极限与应力-寿命曲线,疲劳试验表明，在同一循环特征 r 的交变应力下，循环次数N 随交变应力的最大应力 的减小而增大，当 减小到某一数值时，N 趋于无限大。,材料经历无限次应力循环而不疲劳时的交变应力的最大应力，称为材料的疲劳极限，或称持久极限。,材料的疲劳极限是材料本身所固有的性质，因循环特征 r 、试件变形的形式以及材料所处的环境等不同而不同，需疲劳试验测定。,材料的疲劳极限用 表示，即意味着对称循环下的是 ，脉动循环下的是 ，以此类推。,第15章

4、疲劳,15-2 疲劳的概念及材料的疲劳极限,2）材料的疲劳极限与应力-寿命曲线,材料的疲劳试验,试件光滑小试件,应力-寿命曲线 （简称 S-N 曲线）,疲劳试验机,最大应力为 时的有限疲劳寿命,有限疲劳寿命为 时材料的条件疲劳极限。,材料的疲劳极限。,第15章 疲劳,15-3 影响疲劳极限的主要因素,用光滑小试件测得的疲劳极限是材料的疲劳极限。但由于构件的外形结构、截面尺寸以及加工方式等各式各样，完全不同于光滑小试件，这样，构件的疲劳极限也不同于材料的疲劳极限，它不仅与材料性质有关，而且还与构件的外形结构、截面尺寸以及加工方式等因素有关。,影响疲劳极限的主要因素：,1）应力集中对疲劳极限的影响,材料的疲劳极限,有应力集中小试件的疲劳极限,查手册,2）构件尺寸对疲劳极限的影响,大尺寸试件的疲劳极限,材料的疲劳极限,查手册,有效应力集中系数,尺寸系数,第15章 疲劳,15-3 影响疲劳极限的主要因素,影响疲劳极限的主要因素：,1）应力集中对疲劳极限的影响,材料的疲劳极限,有应力集中小试件的疲劳极限,查手册,2）构件尺寸对疲劳极限的影响,大尺寸试件的疲劳极限,材料的疲劳极限,查手册,有效应力集中系数,尺寸系数,2）表面加工质量对疲劳极限的影响,不同加工方式试件的疲劳极限,材料的疲劳极限,查手册,质量系数,第15章 疲劳