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1、第五章 材料的疲劳性能一.本章的教学目的与要求本章主要介绍材料的疲劳性能，要求学生掌握疲劳破坏的定义和特点，疲劳断口的宏观特征，金属以及非金属材料疲劳破坏的机理，各种疲劳抗力指标，例如疲劳强度，过载持久值，疲劳缺口敏感度，疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值，影响材料疲劳强度的因素和热疲劳损伤的特征及其影响因素，目的是为疲劳强度设计和选用材料建立基本思路。二教学重点与难点1. 疲劳破坏的一般规律（重点）2金属材料疲劳破坏机理（难点）3. 疲劳抗力指标（重点）4.影响材料及机件疲劳强度的因素（重点）5热疲劳（难点）三主要外语词汇疲劳强度：fatigue strength 断口：fracture 过
2、载持久值：overload of lasting value疲劳缺口敏感度：fatigue notch sensitivity 疲劳裂纹扩展速率：fatigue crack growth rate 裂纹扩展门槛值：threshold of crack propagation 热疲劳：thermal fatigue四. 参考文献1.张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通大学出版社，20092.束德林.金属力学性能.北京：机械工业出版社，19953.石德珂，金志浩等.材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，19964.郑修麟.材料的力学性能.西安：西北工业大学出版社，19945.姜伟之，赵时熙等
3、.工程材料力学性能.北京：北京航空航天大学出版社，19916.朱有利等.某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析J. 装甲兵工程学院学报，2010,24（5）：78-81五授课内容- 16 -第五章 材料的疲劳性能第一节 疲劳破坏的一般规律1、疲劳的定义材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。2、变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动应力：变动载荷在单位面积上的平均值分为：规则周期变动应力和无规则随机变动应力3、循环载荷（应力）的表征最大循环应力：max最小循环应力：min平均应力： m=（max +min）/2应力幅a或应力范围：=max-min a=/2=（ma
4、x-min）/2应力比（或称循环应力特征系数）： r= min/max5、循环应力分类按平均应力、应力幅、应力比的不同，循环应力分为 对称循环m=（max + min）/2=0 r=-1属于此类的有：大多数旋转轴类零件。 不对称循环m0如：发动机连杆、螺栓（a）a m0，-1r 0，m0，r0，r=0（min=0）如：齿轮的齿根、压力容器。m=a a 0r0 如：发动机气缸盖、螺栓。 随机变动应力应力大小、方向随机变化，无规律性。 如：汽车、飞机零件、轮船。二、疲劳破坏的特点在变动载荷作用下，材料薄弱区域，逐渐发生损伤，损伤累积到一定程度产生裂纹，裂纹不断扩展失稳断裂。特点：从局部区域开始的损
5、伤，不断累积，最终引起整体破坏。1、潜藏的突发性破坏，脆性断裂（即使是塑性材料）。2、属低应力循环延时断裂（滞后断裂）。3、对缺陷十分敏感（可加速疲劳进程）。三、疲劳破坏的分类1、按应力状态： 弯曲疲劳 扭转疲劳 拉压疲劳 接触疲劳 复合疲劳2、按应力大小和断裂寿命N105，1 有限循环1 无限循环金属材料的疲劳曲线有两类：碳钢、低合金钢、球铁等有水平线而有色合金、不锈钢、高强度的无水平线取N=106，107或108下的疲劳强度条件疲劳强度。二、疲劳强度在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力。 指定的疲劳寿命： 无限周次 有限周次1、对称循环疲劳强度对称弯曲：-1对称扭转：-1对称拉压：-1p2、不对称循环疲劳强度不对称循环疲劳强度难以用实验方法直接测定。一般用工程作图法，由疲劳图求出各种不对称循环应力下的疲劳强度。AHB曲线上各点max值即表示由r=-11个状态下的疲劳强度。 由此即可根据已知循环应力比r求出值作图，在AHB上对应点的纵坐标值即为相应的疲劳强度。这种疲劳图也可以利用Gerber关系绘制注意：上述疲劳图仅适合于脆性材料，对于塑性材料，应该用屈服强度s进行修正。3、不同应力状态下的疲劳强度同种材料在不同应力状态下，相应的疲
