《材料的疲劳性能.》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料的疲劳性能.(16页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
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