第十章 交变应力与疲劳.ppt

材料力学 第10章 材料的疲劳与断裂 考试答疑 结 束 了! 2．构件尺寸的影响 对称循环下，尺寸系数定义为 拉压、弯曲： 扭转： 式中 或 ——光滑大试样的疲劳极限 或 ——光滑小试样的疲劳极限 3．构件表面质量的影响 对称循环下，表面质量系数定义为 式中 ——表面磨光试样的疲劳极限 ——光滑 小 试样的疲劳极限 考虑上述各因素的影响，在对称循环下，构件的持久极限为 拉压、弯曲： 扭转： 10.4 基于疲劳极限的无限寿命设计法 对称循环下，构件的疲劳强度条件为 式中 ——许用应力 ——构件的疲劳极限 n ——安全因数 * * 第十章 交变应力与疲劳 10.1 材料的疲劳破坏特征及机理 10.2 S—N曲线及疲劳极限的测定 10.3 构件的疲劳极限 10.4 基于疲劳极限的无限寿命设计法 10.1 材料的疲劳破坏特征及机理 轮轴表面A点的正应力 式中 称为应力幅值 交变应力——随时间作周期性变化的应力 疲劳失效——在交变应力作用下发生的突然断裂现象 交变应力引起的破坏与静应力引起的破坏截然不同 疲 劳 实践表明： ? 40人死亡； ? 14人受伤； ? 直接经济损失631万元。 1999年1月4日，我国重庆市綦（qi）江县 彩虹桥发生垮塌，造成： 力学问题: 大部队过桥时不能齐步走？ 人跑步时脚上的力量有多大？ 冲击载荷 与跑步的次数的关系？ 损伤累积与结构寿命 人跑步时脚上的力量有多大？ 脚上的力量 假设人体重量为750N 3000N 3500N 4500N 6000N 12500N 疲劳失效的特点： 2.即使塑性较好的材料，断裂前也没有明显的塑性 变形，呈脆性断裂破坏； 1.构件内的最大应力小于屈服应力时，会发生突然 断裂； 3.断口明显地分为光滑区和粗糙区。 疲劳失效过程： 产生微观裂纹（称为疲劳源或裂纹源）； 2.在微裂纹的尖端产生应力 1.在足够大的交变应力作用下，构件内的最大应力作 用处或缺陷处，沿最大切应力作用面形成滑移带， 3.随着交变应力继续作用， 集中，在交变应力的作用 下，微裂纹扩展，形成宏 观裂纹； 宏观裂纹扩展，最终构件 断裂。 疲劳失效实质： 疲劳失效是很危险的，因为构件中的裂纹很小，不易发现，在名义应力低于抗拉强度（甚至低于屈服应力）的情况下，会突然发生断裂。 由于材料中裂纹的形成和扩展的结果 已有资料表明：承受交变应力构件的失效（如飞机、火车和机器）绝大部分是疲劳失效。 微观裂纹 可见裂纹 裂纹扩展 突然断裂 50年代起形成了固体力学的两个分支： 2.断裂力学——研究材料中的宏观裂纹的扩展规律 1.损伤力学——研究材料中的微观缺陷的产生和发展 的规律（80年代） 强迫振动的梁,其任一点的应力随时间周期变化 ?j——梁在静平衡位置的应力 ?max——梁在最大位移时的应力 ?min ——梁在最小位移时的应力 强迫振动的梁,其任一点的应力随时间周期变化 一个应力循环——重复变化一次的过程 循环次数——应力重复变化的次数 周期——完成一个应力循环所需要的时间 交变应力的循环特征（应力比）： 应力循环中的平均应力 应力循环中的应力幅 应力循环种类： 2.非对称循环 即： 1.对称循环 非对称循环 = 平均应力 + 对称循环 应力循环种类： 或 4.静应力——交变应力的特例 3.脉冲循环 脉冲循环和静应力为非对称循环 §10.2 S—N曲线及疲劳极限的测定 在交变应力作用下，构件内的最大应力小于屈服应力时就可能发生疲劳失效，因此，屈服应力或抗拉强度不能作为疲劳强度指标。 材料的疲劳强度指标必须由疲劳强度试验测定 试验表明：在某一的循环特性下，若最大应力不超过某一极限值，则材料可经受无限次应力循环而不发生疲劳。 通常将最大应力的这一极限值称为材料在循环特性r 时的疲劳极限（持久极限），用表示?r。 疲劳极限是衡量材料疲劳失效的强度指标 疲劳极限与循环特性有关 对称循环时的疲劳极限最小 对称循环是交变应力中的最危险情况 疲劳极限的测定： 2.第一根试样承受?max?0.7?b ； 。 通常在纯弯曲变形下测