第五章 材料的疲劳性能2016版.pdf

第五章 材料的疲劳性能 Mechanical properties of materials 1 引 言 材料在循环（交变）载荷作用下，因累积损伤 而发生低应力破坏 ，这种现象称为疲劳。 本章意义： 机械失效80%是疲劳失效，工程技术界从 力学、材料及工艺方面开展疲劳研究，寻求有 效对策，使之成为材料强度科学领域中的一个 重要组成部分。 疲劳断裂，材料(尤其是高强 度材料) 疲劳断裂前，一般不会发生明显的塑 性变形，难以预测和预防。 2  案例1：1998年6月3 日，德国一列高速列 车在行驶中突然出轨，造成100多人遇难 身亡，造成事故的原因是一节车箱的车轮 内部疲劳断裂。从而导致了近50年来德国 最惨重的铁路事故的发生。  案例2：导致哥伦比亚航天飞机2003年2月 1 日返回途中爆炸解体的5个原因： 阻热片脱落 升降翼失去控制 机体金属疲劳导致解体 电缆短路发生火灾 被陨石击中 3 引 言  具体目的：  精确地估算机械结构的零构件的疲劳寿命，简 称定寿，保证在服役期内零构件不会发生疲劳 失效；  采用经济而有效的技术和措施以延长疲劳寿命， 简称延寿，即提高零构件质量。 4 本章内容：  金属疲劳现象及特点  疲劳曲线及基本疲劳力学性能  疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值  疲劳过程及机理  影响疲劳强度的主要因素  低周疲劳 5 §1 金属疲劳现象及特点 一、变动载荷和循环应力 二、疲劳现象及特点 三、疲劳宏观断口特征 6 第 一 节 金属疲劳现象及特点 疲劳断裂特点：  断裂时并无明显的宏观塑性变形，属于脆 性断裂。  引起疲劳断裂的应力很低，常常低于屈服 强度。  疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的萌生、扩 展和最后断裂三个组成部分。  对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)，尤其是 表面缺陷十分敏感。裂纹往往从局部的破 坏处开始。 7 第 一 节 金属疲劳现象及特点 一、变动载荷 载荷大小、方向或者大小和方向均随时间而变化的 载荷。变化分为周期性，无规则性。相对应的应力， 称为 变动应力。 变动应力示意图 8 第 一 节 金属疲劳现象及特点  循环应力的波形一般近似为正弦波、矩形波和 三角形波等。  循环应力的特征参数 ： 最大循环应力σ ，最小循环应力σ max min 平均应力：σ =(σ +σ )/2 m