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机械动力强度学 疲劳裂纹形成寿命估算 组员：陈清相 陈强波 彭伟 方策 罗弼 白乐 PPT制作：彭伟 白乐 讲解：罗弼 陈强波 解答：陈清相 方策 目录 （一）：疲劳强度基本概念 (二) : 疲劳累积损伤理论 （三）：常规疲劳强度设计 （四）：疲劳试验 一 疲劳强度基本概念 1 概论： （1）疲劳强度在工业中的地位 机械零件失效的三种形式： a：磨损；b：腐蚀；c：断裂。 其中前两种过程慢，可以更换或者修复；而断裂则是灾难性的。受动载荷作用的机械零件和工程结构80%是由金属疲劳断裂引起的。疲劳强度校核是新产品和已有产品强度校核的主要内容。 疲劳裂纹研究的目的—— 定寿：精确地估算机械结构的零构件的疲劳寿 命，保证在服役期内零构件不会发生疲劳 失效。 延寿：采用经济而有效的技术和管理措施延长 疲劳寿命 机械结构的使用寿命 1.疲劳裂纹形成寿命 由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命 由疲劳理论的方法给以确定 2.疲劳裂纹扩展寿命 宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命 计算结构裂纹扩展寿命的意义 即使循环应力水平远低于材料的疲劳极限，裂纹也可能扩展，并最终导致灾难性的破坏 （3）疲劳的分类 疲劳主要分为高周疲劳与低周疲劳，高周用应力-寿命曲线进行计算，名义应力法（应力疲劳）；低周用应变-寿命曲线进行计算，局部应力—应变法，（应变疲劳）；高周疲劳与低周疲劳的分界一般是104次。 疲劳破坏的三个阶段： 1裂纹形成—2裂纹扩展—3疲劳断裂。 1.在交变载荷作用下，在结构有缺陷部位或有应力集中部位， 2.结构形成塑性变形晶粒在晶界面之间滑移形成微裂纹裂纹扩展 3.就形成宏观裂纹裂纹继续扩展到一定时候截面强度削弱到截面 应力达到强度极限瞬断。 二 疲劳累积损伤理论 疲劳过程既可以看成是损伤趋于一个临界损伤值的累计过程，也可以看成是材料固有寿命的消耗过程。 1 Miner线性法则 Miner根据功能原理推导出了累积损伤计算公式。 设构件在m级载荷（ ， ，… ）作用。各级载荷循环次数分别为 ， ，… 。即构件经过次循环后发生破坏。 设构件破坏时吸收的净功为W，各级载荷下各构件吸收的净功分别为 ， … ，则 由于第i级载荷 单独作用下一直到构件破坏 的循环次数为 (由S-N曲线可知)，故： w1: w = n i : N I 即： 代入上式可得： 即： ——Miner定律 Miner定律的不足之处： （1）没有考虑载荷的加载顺序 事实上，载荷顺序对于疲劳累积损伤是有影响的，若采用二级加载实验，若进行低—高应力实验，则 1。若进行高—低应力试验，则 1。 低周：在低应力下材料产生低载“锻炼”效应，使裂纹形成时间推迟。先进行高应力作用则易形成裂纹，后续低应力能使裂纹扩展。 对于随机载荷下的疲劳试验结果表明，由于“加速”和“迟滞”效应相互综合。最终结果与加载顺序差异不大。 （2） 累积损伤D= ,试验数据大多数介于0.3～3.0之间，但统计结果表明D的平均值 =1.0。若将D看作为随机变量。则D服从对数正态分布。（P86～P87） Miner法则的应用方法 三 疲劳寿命计算 1 高周疲劳计算——名义应力法