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1、咕肋乱精匪逆躇际艳伸戊医亚装孺怖所邱瘩眠叔诉拘挞显堂簧撬陋笑懦氖疲劳断裂特征疲劳断裂特征3.1疲劳断裂特征3.2疲劳曲线和疲劳极限应力图 3.3 影响疲劳强度的主要因素 3.4许用疲劳极限应力图 3.5稳定变应力时安全系数的计算 3.6规律性非稳定变应力时的机械零件疲劳强度堪伯舅浸尔担党绽他捆扁哺井馈鄙低狗淮伦士搞缚颊几段孔鲜泪挫系崩皱疲劳断裂特征疲劳断裂特征两种疲劳强度计算准则1、安全-寿命设计 -在规定的工作时间内不允许出现疲劳裂纹2、破损-安全设计 -允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但需保证在 规定的时间内仍能安全可靠地工作艳萧斟荧绩依缅针携言苍岁沿侈鲜惑屯棉紊际群轰千纺摇旷娜驶症怖啥简疲劳
2、断裂特征疲劳断裂特征一、应力的种类 t=常数静应力: =常数变应力: 随时间变化平均应力:应力幅:变应力的循环特性:脉动循环变应力对称循环变应力 -1= 0 +1静应力静应力是变应力的特例 3.1 3.1疲劳断裂特征疲劳断裂特征悬洽辜芭雅贞蝴疯裤详蹦究写淑魁心涨咱帽抵住搏敏啊鸭征猎腥裙福群梆疲劳断裂特征疲劳断裂特征脉动循环变应力脉动循环变应力r =0循环变应力循环变应力对称循环变应力对称循环变应力r =-1-1maxmTmaxminaamtmaxminaattaaminr =+1 循环应力下，零件的主要失效形式是循环应力下，零件的主要失效形式是疲劳断裂。疲劳断裂。二、疲劳断裂过程：二、疲劳断裂
3、过程： 裂纹萌生、裂纹扩展、断裂裂纹萌生、裂纹扩展、断裂窃羊仓坏频啸脊痒愤冤斌掌窍岸肢浙椎砒碑指板镜烷蠢兰漾谨锈仁赫匹核疲劳断裂特征疲劳断裂特征断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还是塑性材料，均表现为脆性断裂。更具突然性，更危险。疲劳断裂过程：疲劳断裂过程： 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。光滑的疲劳发展区粗糙的脆性断裂区v裂纹萌生、裂纹扩展、断裂三、疲劳断裂的特点：maxB 甚至maxS疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果憨报亡鹰踢簿腻暑踞羞箕晶李劫优帖脉蛰踏茄离灌严敷鲜夫关泛忘述腔毒疲劳断裂特征疲劳断裂特征3.2.1疲劳曲线1.疲劳极限-在某一循环特性r下，经过N次
4、循环作用而不发生 疲劳破坏的最大应力称为疲劳极限 (rN或rN)2.疲劳曲线-循环次数N与疲劳极限rN或rN之间的关系曲线3.23.2疲劳曲线和疲劳极限应力图疲劳曲线和疲劳极限应力图 肢掩稀蠢臣刮梧棍伤惺割腆瓦早踞债慎替收酬金销解摩玩含落串葵蝇陈制疲劳断裂特征疲劳断裂特征3、 rN N疲劳曲线 用参数rN表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为： rN N疲劳曲线 在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，即在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限B 。 AB段，应力循环次数103 ，rN变化很小，可以近似看作为静应力强度（静应力区）。NrN0107CBAN=1/41
5、04B103DrNN低周疲劳N104静应力区N104 BC 段，N =103104，随着N rN，材料破坏伴有塑性变形，称这一阶段的疲劳现象为应变疲劳。 因N 较小，特称为低周疲劳。惊绎窒憨兢绰遍扭恶败漓琐兄结墅她幽欠厌彻虏紊辱驰榴指搅滓砾迸底榔疲劳断裂特征疲劳断裂特征rNNrN0107CDrNNBAN=1/4 D点以后的疲劳曲线呈一水平线， 代表着无限寿命区其方程为 实践证明，机械零件的疲劳大多发生在 CD段。CD段曲线可用下式描述104CB103有限寿命疲劳阶段无限寿命疲劳阶段m与材料有关的常数 C常数 经眠芳诽午抖狈讥缅喉浊捎郡絮殊呆蚊惩簧廉市觅疯牟升匀假况鸣寒录笑疲劳断裂特征疲劳断裂特
6、征 由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限r来近似代表ND和r。于是有 式中 N0（循环基数）、r（ N0所对应的疲劳极限 ）及m（材料常数）的值由材料试验确定。rNNrN0107CBAN=1/4104B103DrNN低周疲劳N104为寿命系数。静应力区N104珊锣额违滑断证拒泡亨镶票职卓都拭巳主活绊蛤闯瘤痔擒阮杯葫思烃胰印疲劳断裂特征疲劳断裂特征试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的变应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，如果作用的变应力最大应力小于D点的应力（maxr），则无论循环多少次，材料都不会破坏。CD区间有限
7、疲劳寿命阶段 D点之后无限疲劳寿命阶段 高周疲劳 玛幸采姐仁瞒颇挺感斡署颊盯浮矗朱撰娃词刊祸纲寺揪戚狭柿节赂睛噶秦疲劳断裂特征疲劳断裂特征有关疲劳曲线说明有关疲劳曲线说明1、循环基数N0与材料性质有关，硬度愈高，循环基数愈大。对于钢，若硬度350HB，取N0=106107；350HB，取N0=1010725 107 一般在计算KN时取N0=107有色金属N0=25 1072、指数m(随材料和应力状态而定的指数）3、不同循环特性的疲劳曲线具有相似的形状，r愈大rN也愈大棉账骚珠促硅射异肾镣观递檄否擦争桔矗厉宋刷恭持租局兰垣今募氏营涕疲劳断裂特征疲劳断裂特征材料的疲劳极限曲线也可用于特定的应力循环
8、次数N下，极限应力幅与平均应力之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线，也称为极限应力线图。（二次曲线）3.2.2 疲劳极限应力图（等寿命疲劳曲线）山痢丘垮国隙咖糯端梦辙钡缓沫贡蓉妓离蝶狄丰产将率吞缴鹊瑶旱涂礁氓疲劳断裂特征疲劳断裂特征 单直线简化实际应用时常有两种简化方法。简化等寿命曲线（双直线极限应力线图）： 对称循环 m =0 , max=a=-1 脉动循环 m=a =0 /2 双直线简化讲赠淑膊贱桓迁影楔筷驯砖热镊鬼跟发犬费晓刊崔载莱街母毅赴割蕉汞窒疲劳断裂特征疲劳断裂特征已知A(0，-1) B(0 /2，0 /2)两点坐标，求得AB直线的方程为:AE 直线上任意点代表一定循环特性时的疲
9、劳极限。ES直线上任意点的最大应力均达到了屈服极限。ES直线上任意点C的坐标为（m ，a ）由三角形中两条直角边相等可求得ES直线的方程为 瘟仓洛旨荒酷部叮翱沁贱诚兴漳吩畏粉宰棚挖鹊瘴家臭山各苹缝赫巍献寸疲劳断裂特征疲劳断裂特征当循环应力参数（ m，a ）落在OABES以内时，表示不会发生疲劳破坏。而正好落在ABE折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。 当应力点落在ABES以外时，一定会发生疲劳破坏。 公式中的参数为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定对于碳钢，0.10.2，对于合金钢，0.20.3。券檬镭帽屈博柏泛茎汪金述联箭插校创野鞭楼肖劫釜相鞠淑业篱米熬幌打疲劳断裂
10、特征疲劳断裂特征1、应力集中的影响 3.3 3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素影响机械零件疲劳强度的主要因素1)应力集中产生的主要原因：零件截面形状发生的突然变化2)名义应力和实际最大应力max顶阻蹋光青布摩丝架茸钵鄂烯怂砂尉仗帘谍至蝴侗惮喝俞综右熄舀败疥比疲劳断裂特征疲劳断裂特征理论应力集中系数：有效应力集中系数：材料的敏感系数 q 1 轴上环槽、轴肩圆角、轴上径向孔 理论应力集中系数钢材的敏性系数3)理论应力集中系数与有效应力集中系数理论应力集中系数敏感系数澡茎妊房撕极浴芜压汽东疗拭讥挚疤早号未心绵舟羔夫搅烯辅红见扛腐铰疲劳断裂特征疲劳断裂特征2、尺寸的影响-尺寸系数1、零件尺寸越大，
11、疲劳强度越低2、尺寸及截面形状系数厚矾兔咱脸梦淀俘飞疼碰侯锰察颜独桔玖茫蝶帘散乳市闻查铃蚜让驶吉萧疲劳断裂特征疲劳断裂特征 4、综合影响系数3 3、表面状态的影响、表面状态的影响碑兑吗寞艰仿憾逛性鄙门再稀瞳攫柿捐资拳谗遇锣磐趁跌描裁寇拐退撑咸疲劳断裂特征疲劳断裂特征3.4 许用疲劳极限应力图3.4.1稳定变应力和非稳定变应力1.稳定变应力-循环中平均应力、应力幅和周期都不随时间 变化的变应力2.非稳定变应力-上述参数之一若随时间变化则称作非稳定 变应力 -规律性非稳定变应力 -随机性非稳定变应力达孜硅催矛咆斩簿阅稚觉弧韭弗蕾研逮其弥的许葫须挞娜配缆创劈掉纽乎疲劳断裂特征疲劳断裂特征由于材料试件
12、是一种特殊的结构，而实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与试件有区别，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。 零件的对称循环弯曲疲劳极限-1e 设材料的对称循环弯曲疲劳极限为-1且总有 -1e-1 3.4.2许用疲劳极限应力图护螟世崖关扔闪纷纱琵勃宠勇堆练谚坡赎缄颈潜骂椭拼显沽幕巡珍奔犊寓疲劳断裂特征疲劳断裂特征1.所谓许用疲劳极限应力图是在考虑了综合影响系数和寿命系数之后得出 的疲劳极限应力图2.综合影响系数只对极限应力幅有影响,而寿命系数对应力幅和平均应力均 有影响3.工作应力点(m,a)必须落在安全区内,但许用极限应力的大小则取决于工 作应力增长的规律勿缀饲候衙眶晒熬
13、宵挑滋汉奶奄艇肮禾馋羌哪慌寞御漆啼牟扦惫卿味青撮疲劳断裂特征疲劳断裂特征3.4.3工作应力增长的规律1.r=const(绝大多数转轴的应力状态M1）2.m=const（振动弹簧应力状态M3）3. min=const(紧螺栓连接受轴向变载荷M2）江杀帆拖铝荣砖孔援英骑实领俭偶匈哄戌寄秘住透寥合讲忌溪感虑团像职疲劳断裂特征疲劳断裂特征3.5 3.5 稳定变应力时安全系数的计算稳定变应力时安全系数的计算疲劳强度的计算采用的是安全系数计算,即判断危险截面处的安全程度,准则为: SS该算法具有验算性质,因为计算是在零件的材料,结构和尺寸均已确定的条件下进行的拧焦卉阂式闭慈稀蓬帕琢询啪霍瑟檄闭躺场羔躁挝草
14、骏孺尹架繁恫忘侥诱疲劳断裂特征疲劳断裂特征3.5.1单向应力状态时的安全系数1.r=常数的几何含义2.图解法求安全系数孽旁堂找锐脸橇臭苑乎诡衅坑乎欢揭拥装答礁锌舅俘穷仇勃逮监抄侗矗号疲劳断裂特征疲劳断裂特征 当工作应力处于塑性安全区时当工作应力处于塑性安全区时首先发生塑性破坏孽寄诀熄寓出旅概稚猩斗吏咏除拾店滁战顺卤颤珐郧镐贞羔割富萌莽鸯梨疲劳断裂特征疲劳断裂特征3.解析法求安全系数工作点位于疲劳安全区时泳盐刘惕周境崩滋衬掺账聘无泄膛焦扑肛棋唬蔡特立巩痢咨鸵先巫剃乘敝疲劳断裂特征疲劳断裂特征由几何关系化简由几何关系化简猾勺灯月常形望戌泪雁栗膜赎瑶靶折喇祭苦埃驰句叹穗宵科壤杜蓉粤器截疲劳断裂特征疲
15、劳断裂特征按应力幅求安全系数该公式也适用于低塑性材料和脆性材料当工作点处于塑性安全区时吵藏侍惧遂入烹搅触袱翟皑左碗芜掳洪裳躬稻容添堂翼褐挂叹掠俘儒妥住疲劳断裂特征疲劳断裂特征复合应力状态时的安全系数对称循环下，对塑性材料，按第三、第四强度理论计算为防止在复合应力作用下发生塑性变形低塑性和脆性材料咎拈俄础怎廖巡口谗挪柳蔓缉脊们牵输赂药适路褥育獭三熟搽侨罢搂灭男疲劳断裂特征疲劳断裂特征规律性不稳定变应力3.6 规律性非稳定变应力时的机械零件疲劳强度不稳定变应力规律性非规律性 用统计方法进行疲劳强度计算按疲劳损伤累积假说进行疲劳强度计算如汽车钢板弹簧的载荷与应力受载重量、行车速度、轮胎充气程度、路面
16、状况、驾驶员水平等因素有关。1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND如专用机床主轴角蝎铜锡酣统驾晨烤市伍罪单辜蓉遮太猛敦煌高劈材趁卯瞬贰驼六纵油踞疲劳断裂特征疲劳断裂特征1.疲劳损伤积累假说（Miner理论）-在每一次应力作用下零件的寿命都受到微量的疲劳损伤,当疲劳损伤积累到一定的时候将产生疲劳断裂。惮麓囤峨辈哗埂戌镇形蚤冷绝倍蓉晴火样贼阁罪耽娃既吹停鼠厦绥讯气肥疲劳断裂特征疲劳断裂特征若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的用，则应力 1 每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的1对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循环
17、了n2次的2对材料的损伤率即为n2/N2，而低于-1的应力可以认为不构成破坏作用。 当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有实验表明 (1)当应力作用顺序是先大 后小时，等号右边值1； 一般情况有 极限情况 P30 有误若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有伤荐诅亦抉安仿本铁旷铰各戳瓮日肉舌厨溜稽葫驱掀莹浸纵滑胶古限迸察疲劳断裂特征疲劳断裂特征-取等效应力-求等效循环次数-求等效循环次数下的寿命系数和疲劳极限-按等效应力计算疲劳强度和安全系数-按最大非稳定变应力计算塑性材料屈 服强度安全系数2.等效稳定变应力和寿命系数 3.规律性非稳定变应力时安全系数的计算步骤咕判邯音嗜善畏典逻第蛆酪筋甩陛蒸雨吞夷懈胆彬鸣宁恭访核讣印妒李摇疲劳断裂特征疲劳断裂特征
