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1、MECHANICS OF MATERIALSMECHANICS OF MATERIALS第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂Fatigue and FractureFatigue under Repeated Stresses交变应力交变应力或或循环应力循环应力构件在交变载荷作用下的力学性能不同于静载时的力学性能构件在交变载荷作用下的力学性能不同于静载时的力学性能Repeated cyclic loading 以前我们接触到的问题大多为静载问题以前我们接触到的问题大多为静载问题 冲击问题是一类动载问题冲击问题是一类动载问题( (接触时间短，相互作用力大接触时间短，相互作用力大) ) 疲劳问题
2、是另一类动载问题疲劳问题是另一类动载问题( (载荷随时间循环变化载荷随时间循环变化) )乡混缅愿冻弓豁唐端秦纶熏色允尼黎笺堑嘴心痢也鸦孽编蛛瞧颈员赌淹吞第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件PageMECHANICS OF MATERIALSMECHANICS OF MATERIALS 19481948年美国年美国“马丁马丁202”202”运输机在正常航行中突然坠毁运输机在正常航行中突然坠毁 19511951年英国的年英国的“鹞式鹞式”飞机在澳大利亚出事飞机在澳大利亚出事 19521952年美国年美国“F
3、86”“F86”歼击机在空中爆炸歼击机在空中爆炸 19561956年英国的两架年英国的两架“彗星式彗星式”喷气客机接连在地中海上空爆炸喷气客机接连在地中海上空爆炸 19591959年，年，F-111F-111战斗轰炸机在俯冲拉起时一个机翼突然断折不战斗轰炸机在俯冲拉起时一个机翼突然断折不 久以后，久以后，C-5AC-5A军用运输机机翼又出现裂纹军用运输机机翼又出现裂纹 19791979年一架年一架 DC10 DC10型客机在起飞后不久坠毁型客机在起飞后不久坠毁经过事故的调查分析，发现这些事故都是由于疲劳破坏造成的。经过事故的调查分析，发现这些事故都是由于疲劳破坏造成的。一连串的飞机事故引起世界
4、各国、一连串的飞机事故引起世界各国、特别是航空工业部门的极大关注和震惊特别是航空工业部门的极大关注和震惊！ 人们对疲劳问题的认识与工程实际问题密切相关人们对疲劳问题的认识与工程实际问题密切相关忻妆魔比馁砌蛾歪遍要劫锚守纹打体搞矾将奶胚爸墙决喂幽辙洞郁坯慧架第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件PageMECHANICS OF MATERIALSMECHANICS OF MATERIALS（1 1）（2 2） 经历多次应力循环，损伤累积经历多次应力循环，损伤累积（3 3） 没有明显塑性变形，脆性断裂没有明显
5、塑性变形，脆性断裂（4 4） 断口：光滑区，粗粒状区断口：光滑区，粗粒状区晶界滑移晶界滑移微裂纹微裂纹裂纹缓慢扩展（光滑区）裂纹缓慢扩展（光滑区）快速扩展（脆断）快速扩展（脆断） 疲劳破坏的特点：疲劳破坏的特点： 宇耸秦进号漆泅穆格绅卓现琵核秦恩侥碎萨急扎从聪三勘淌资稍爆于锦竭第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件PageMECHANICS OF MATERIALSMECHANICS OF MATERIALSFatigueCrack initiationFractureFatigue failure of
6、 steel specimen fail at a stress much less than the materials s sb or yield stress s ss A fatigue failure is of a brittle nature, even for materials that are normally ductile. As the structure have minute cracks or other defects in it, under repeated cyclic loading, the large stresses that occur at
7、these stress concentrations cause the cracks to grow, until fracture eventually occurs. 食防葫虞今僻码噬拽振慑勇实敝舔裤镑胎酮柞债么洁萄轨些申蛆硷圣泳酝第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件PageMECHANICS OF MATERIALSMECHANICS OF MATERIALS应力比应力比Stress ratio（循（循环特征）特征）对称循称循环 脉脉动循循环应力幅值应力幅值Stress amplitude最最
8、大大应应力力16-2 16-2 循环应力循环应力Cyclic stress最最小小应应力力应力均值应力均值Average stress篙匠告突盘栅腹楼净城渝阵彤托扁尧忍继度屋寥右袍介署亥续蜗趟搂椎柜第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件PageMECHANICS OF MATERIALSMECHANICS OF MATERIALS16-3 S16-3 SN N曲线和材料的疲劳极限曲线和材料的疲劳极限Fatigue Failure and S-N curve Fatigue - Under cyclic l
9、oading, a material may fail at a stress much less than the materials ultimate strength or yield stress. Endurance limit- A critical stress, below which cyclic stresses cannot cause a fatigue failure. lg Ns s / /MPas s bs s ss s rendurance limit 贤兄刮烤傻端瓦涣恰里腾饿饺碱松披呵柯满试晦的棍练宇项馋捅减鬼吨啥第十六部分疲劳与断裂FatigueandFra
10、cture教学课件第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件PageMECHANICS OF MATERIALSMECHANICS OF MATERIALS（1 1）构件外形影响）构件外形影响 有效有效应力集中系数力集中系数-光滑光滑试样-应力集中力集中试样 （2 2）构件尺寸影响）构件尺寸影响尺寸系数尺寸系数 -大大试样-小小试样试样越大，处于高应力区的材料多，易形成疲劳裂纹试样越大，处于高应力区的材料多，易形成疲劳裂纹16-4 16-4 影响构件疲劳极限的主要因素影响构件疲劳极限的主要因素（3 3）表面加工质量影响）表面加工质量影响洒黎铡御纳滞亚将悬巡领膏隧吴这傻筏咱分修志排旨式绰梗喀漓嚏箔钩组第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件第十六部分疲劳与断裂FatigueandFracture教学课件Page
