疲劳与断裂的.pptx

会计学1疲劳与断裂的疲劳与断裂的2应力疲劳应力疲劳:Smax104，也称也称高周疲劳高周疲劳。应变疲劳应变疲劳:SmaxSy，Nf10N103 3-10104 4。S34567Lg NSf3)3)三参数式三参数式三参数式三参数式 (S-S(S-Sf f)mm.N=C.N=C第5页/共56页73.S-N3.S-N曲线的近似估计曲线的近似估计曲线的近似估计曲线的近似估计 斜线斜线斜线斜线OA+OA+水平线水平线水平线水平线ABABR=-1R=-1，旋转弯曲时有：，旋转弯曲时有：，旋转弯曲时有：，旋转弯曲时有：S Sf(bending)f(bending)=0.5S=0.5Su u (S(Su u 1400MPa)1400MPa)1400MPa)1)1)疲劳极限疲劳极限疲劳极限疲劳极限S Sf f与极限强度与极限强度与极限强度与极限强度S Su u之关系之关系之关系之关系500500100015002008000 0AB旋旋转转弯弯曲曲疲疲劳劳极极限限S MPaf f 材料极限强度材料极限强度S MPauS/S=0.5S/S=0.5fuS=700S=700f f常用金属材料数据图常用金属材料数据图常用金属材料数据图常用金属材料数据图第6页/共56页8轴向拉压载荷作用下的疲劳极限轴向拉压载荷作用下的疲劳极限轴向拉压载荷作用下的疲劳极限轴向拉压载荷作用下的疲劳极限可估计为：可估计为：可估计为：可估计为：S Sf(tension)f(tension)=0.7S=0.7Sf(benting)f(benting)=0.35S=0.35Su u 实验在实验在实验在实验在(0.3-0.45)S(0.3-0.45)Su u之间之间之间之间 高强脆性材料，极限强度高强脆性材料，极限强度高强脆性材料，极限强度高强脆性材料，极限强度S Su u取为取为取为取为 b b ；延性材料延性材料延性材料延性材料,S,Su u取为取为取为取为 ysys。扭转载荷作用下的疲劳极限扭转载荷作用下的疲劳极限扭转载荷作用下的疲劳极限扭转载荷作用下的疲劳极限可估计为：可估计为：可估计为：可估计为：S Sf(torsion)f(torsion)=0.577S=0.577Sf(benting)f(benting)=0.29S=0.29Su u 实验在实验在实验在实验在(0.25-0.3)S(0.25-0.3)Su u之间之间之间之间 注意，注意，注意，注意，不同载荷形式下的不同载荷形式下的不同载荷形式下的不同载荷形式下的S Sf f和和和和S-NS-N曲线是不同的曲线是不同的曲线是不同的曲线是不同的。第7页/共56页9故由故由故由故由S-NS-N曲线有：曲线有：曲线有：曲线有：(0.9Su)(0.9Su)mm10103 3=(kSu)=(kSu)mm10106 6=C=C 参数为：参数为：参数为：参数为：m=3/m=3/lg lg(0.9/k)(0.9/k)；C=(0.9SC=(0.9Su u)mm10103 3假定假定假定假定1 1：寿命：寿命：寿命：寿命 N=10N=103 3时，有：时，有：时，有：时，有：S S10103 3=0.9S=0.9Su u；高周疲劳：高周疲劳：高周疲劳：高周疲劳：N10N103 3。已知已知已知已知S Sf f 和和和和 S Su u,S-NS-N曲线用曲线用曲线用曲线用 S Smm.N=C.N=C 表达。表达。表达。表达。假定假定假定假定2 2：寿命：寿命：寿命：寿命N=10N=106 6时，时，时，时，S S10106 6=S=Sf f=kS=kSu u,如弯曲时，如弯曲时，如弯曲时，如弯曲时，k=0.5k=0.5。2)无实验数据时无实验数据时S-N曲线的估计曲线的估计(供初步设计参考供初步设计参考)Lg S34567Lg N120SuSf第8页/共56页10StR=-1R=-1/3R=0SmR R ，S Smm ；且有：且有：且有：且有：S Smm=(1+R)S=(1+R)Sa a/(1-R)/(1-R)R R的影响的影响的影响的影响S Smm的影响的影响的影响的影响S Smm0,0,对疲劳有不利的影响；对疲劳有不利的影响；对疲劳有不利的影响；对疲劳有不利的影响；S Smm0,0,压缩平均应力存在，对疲劳是有利的。压缩平均应力存在，对疲劳是有利的。压缩平均应力存在，对疲劳是有利的。压缩平均应力存在，对疲劳是有利的。喷丸、挤压和预应变喷丸、挤压和预应变喷丸、挤压和预应变喷丸、挤压和预应变残余压应力残余压应力残余压应力残余压应力提高寿命。提高寿命。提高寿命。提高寿命。2.2 2.2 平均应力的影响平均应力的影响平均应力的影响平均应力的影响1)1)一般趋势一般趋势一般趋势一般趋势Sa不变不变，R or Sm；N ；N不变不变，R or Sm；SN ;SNSm0aR增大第9页/共56页112 2）S Sa a-S-Smm关关关关系系系系SS-1aSuSmN=104N=107Sa/S-110 1 Sm/Su N=107 Haigh 图如图，在等寿命线上，如图，在等寿命线上，Sm，Sa；Sm Su。Haigh图图:(无量纲形式无量纲形式)N=107,当当Sm=0时，时，Sa=S-1；当当Sa=0时，时，Sm=Su。GerberGoodman对于其他给定的对于其他给定的对于其他给定的对于其他给定的N N，只需将，只需将，只需将，只需将S S-1-1换成换成换成换成S Sa(R=-1)a(R=-1)即可。即可。即可。即可。利用上述关系，已知利用上述关系，已知利用上述关系，已知利用上述关系，已知S Su u和基本和基本和基本和基本S-NS-N曲线，即可估计曲线，即可估计曲线，即可估计曲线，即可估计不同不同不同不同S Smm下的下的下的下的S Sa a 或或或或S SN N。GerberGerber：(S(Sa a/S/S-1 1)+(S)+(Smm/S/Su u)2 2=1 =1 GoodmanGoodman：(S(Sa a/S/S-1 1)+(S)+(Smm/S/Su u)=1)=1第10页/共56页12解：解：解：解：1.1.工作循环应力幅和平均应力：工作循环应力幅和平均应力：工作循环应力幅和平均应力：工作循环应力幅和平均应力：S Sa a=(S=(Smaxmax-S-Sminmin)/2=360 MPa)/2=360 MPa S Smm=(S=(Smaxmax+S+Sminmin)/2=440 MPa)/2=440 MPa例例例例2.12.1:构件受拉压循环应力作用，构件受拉压循环应力作用，构件受拉压循环应力作用，构件受拉压循环应力作用，S Smaxmax=800=800 MPa,MPa,S Sminmin=80 MPa=80 MPa。若已知材料的极限强度为若已知材料的极限强度为若已知材料的极限强度为若已知材料的极限强度为 S Su u=1200 MPa=1200 MPa，试估算其疲劳寿命。，试估算其疲劳寿命。，试估算其疲劳寿命。，试估算其疲劳寿命。2.估计对称循环下的基本估计对称循环下的基本估计对称循环下的基本估计对称循环下的基本S-NS-N曲线曲线曲线曲线：Sf(tension)=0.35Su=420 MPa 若基本若基本S-N曲线用幂函数式曲线用幂函数式 SmN=C 表达，则表达，则 m=3/lg(0.9/k)=7.314；C=(0.9Su)m103=1.5361025第11页/共56页13 4.估计构件寿命估计构件寿命估计构件寿命估计构件寿命 对称循环对称循环(Sa=568.4,Sm=0)条件下的寿命，条件下的寿命，可由基本可由基本S-N曲线得到，即曲线得到，即 N=C/Sm=1.5361025/568.47.314=1.09105(次次)3.循环应力水平循环应力水平循环应力水平循环应力水平等寿命转换等寿命转换等寿命转换等寿命转换 利用基本利用基本S-N曲线估计疲劳寿命，需将实际曲线估计疲劳寿命，需将实际工作循环应力水平工作循环应力水平,等寿命等寿命等寿命等寿命地地地地转换转换转换转换为对称循环下的为对称循环下的应力水平应力水平Sa(R=-1)，由，由Goodman方程有：方程有：(Sa/Sa(R=-1)+(Sm/Su)=1 可解出：可解出：Sa(R=-1)=568.4 MPa第12页/共56页14重画重画重画重画S Sa a-S-Smm关系图。关系图。关系图。关系图。射线斜率射线斜率射线斜率射线斜率k,k=Sk,k=Sa a/S/Smm；又有；又有；又有；又有 R=SR=Sminmin/S/Smax max=(S=(Smm-S-Sa a)/(S)/(Smm+S+Sa a)=(1-k)/(1+k)=(1-k)/(1+k)k k、R R 一一对应，射线上各点一一对应，射线上各点一一对应，射线上各点一一对应，射线上各点R R相同。相同。相同。相同。S-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1D3)3)等寿命疲劳图等寿命疲劳图等寿命疲劳图等寿命疲劳图且有：且有：k=1 (45 线线)时，时，Sm=Sa，R=0;k=(90 线线)时，时，Sm=0，R=-1;k=0 (0 线线)时，时，Sa=0，R=1;kh作作 DC OA，DC是是R的坐标线，的坐标线，如何标定如何标定如何标定如何标定？第13页/共56页15故可知故可知故可知故可知:R=(1-R=(1-k)/(1+k)=h/OA=h/AC k)/(1+k)=h/OA=h/AC R R值在值在值在值在ACAC上上上上 线性标定即可线性标定即可线性标定即可线性标定即可。设设设设AB=hAB=h，OBOB的斜率为：的斜率为：的斜率为：的斜率为：k=Sk=Sa a/S/Smm=(OAsin45=(OAsin45 -hsin45hsin45 )/(OAcos45/(OAcos45 +hcos45+hcos45 )=(OA-h)/(OA+h)=(OA-h)/(OA+h)S-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1DhSuSuS S-1-10 0 S S1 1S S2 2-1-10 01 1 R RS Sa aS Smm将将将将S Sa a-S-Smm关系图旋转关系图旋转关系图旋转关系图旋转4545 度，坐标度，坐标度，坐标度，坐标S S1 1 和和和和S S2 2 代表什么？代表什么？代表什么？代表什么？第14页/共56页16 如此得到的图，称为等寿命疲劳图。由图可以如此得到的图，称为等寿命疲劳图。由图可以如此得到的图，称为等寿命疲劳图。由图可以如此得到的图，称为等寿命疲劳图。由图可以:直接读出给定寿命直接读出给定寿命直接读出给定寿命直接读出给定寿命N N下的下的下的下的S Sa a、S Smm、S Smaxmax、S Sminmin、R R；在给定在给定在给定在给定R R下，由射线与等寿命线交点读取数据，下，由射线与等寿命线交点读取数据，下，由射线与等寿命线交点读取数据，下，由射线与等寿命线交点读取数据，得到不同得到不同得到不同得到不同R R下的下的下的下的 S-NS-N曲线。曲线。曲线。曲线。对任一点对任一点A，有，有 Sin=Sa/OA,cos=Sm/OA 由由 AOC可知：可知：S1=OC=OASin(45-)=()OA(Sm-Sa)/OA =()Smin2/22/2可见，可见，可见，可见，S S1 1表示表示表示表示S Sminmin,坐标按坐标按坐标按坐标按0.707 0.707 标定；标定；标定；标定；还还还还可证可证可证可证,S S2 2表示表示表示表示S Smaxmax。ASS-10 C SD S 2-101RSaSm1u第15页/共56页17R R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-2000200400600200400600200400S/MPamS/MPaaS S /MPaminS S /MPamaxS S /MPamax 7075-T6 7075-T6 铝合金等寿命疲劳图铝合金等寿命疲劳图600400200N=106N=105N=104N=107N=104,R=0.2Sm=330Sa=220Smax=550Smin=110问题一、试由图估计问题一、试由图估计问题一、试由图估计问题一、试由图估计N=10N=104 4,R=0.2,R=0.2时的应力水平。时的应力水平。时的应力水平。时的应力水平。第16页/共56页18R R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-2000200400600200400600200400S/MPamS/MPaaS S /MPaminS S /MPamaxS S /MPamax 7075-T6 7075-T6 铝合金等寿命疲劳图铝合金等寿命疲劳图600400200N=106N=105N=104N=107R=0.2N=104,Sa=220,lgSa=2.342N=105,Sa=180,lgSa=2.255 N=106,Sa=150,lgSa=2.176 N=107,Sa=130,lgSa=2.114 问题二、试由图估计问题二、试由图估计问题二、试由图估计问题二、试由图估计R=0.2R=0.2时的时的时的时的S-NS-N曲线。曲线。曲线。曲线。Lg S34567Lg N2.12.22.3第17页/共56页192.3 2.3 2.3 2.3 影响疲劳性能的若干因素影响疲劳性能的若干因素影响疲劳性能的若干因素影响疲劳性能的若干因素1.1.1.1.载荷形式的影响载荷形式的影响载荷形式的影响载荷形式的影响S S S Sf f f f（弯）（弯）（弯）（弯）S S S Sf f f f（拉）（拉）（拉）（拉）SmaxSmaxddDD弯 曲拉 伸 载荷、尺寸不同时的 高应力区域体积拉弯 拉压循环高应力区体积大，存在缺陷并引发裂拉压循环高应力区体积大，存在缺陷并引发裂拉压循环高应力区体积大，存在缺陷并引发裂拉压循环高应力区体积大，存在缺陷并引发裂纹萌生的可能大、机会多。所以，同样应力水平作纹萌生的可能大、机会多。所以，同样应力水平作纹萌生的可能大、机会多。所以，同样应力水平作纹萌生的可能大、机会多。所以，同样应力水平作用下，拉压循环载荷时寿命比弯曲短；或者说，同用下，拉压循环载荷时寿命比弯曲短；或者说，同用下，拉压循环载荷时寿命比弯曲短；或者说，同用下，拉压循环载荷时寿命比弯曲短；或者说，同样寿命下，拉压循环时的疲劳强度比弯曲情况低。样寿命下，拉压循环时的疲劳强度比弯曲情况低。样寿命下，拉压循环时的疲劳强度比弯曲情况低。样寿命下，拉压循环时的疲劳强度比弯曲情况低。疲劳破坏主要取决于疲劳破坏主要取决于作用应力的大小和材料抵作用应力的大小和材料抵抗疲劳破坏的能力。抗疲劳破坏的能力。第18页/共56页20 同样可用高应力区体积的不同来解释。同样可用高应力区体积的不同来解释。同样可用高应力区体积的不同来解释。同样可用高应力区体积的不同来解释。应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力区域体积越大。区域体积越大。区域体积越大。区域体积越大。疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积越大，存在缺陷或薄弱处的可能越大。越大，存在缺陷或薄弱处的可能越大。越大，存在缺陷或薄弱处的可能越大。越大，存在缺陷或薄弱处的可能越大。2.2.尺寸效应尺寸效应尺寸效应尺寸效应尺寸效应可以用一个修正因子尺寸效应可以用一个修正因子尺寸效应可以用一个修正因子尺寸效应可以用一个修正因子C Csizesize表达为：表达为：表达为：表达为：C Csizesize=1.189d=1.189d-0.097-0.097 8mm8mm d d 250mm 250mm 当直径当直径当直径当直径d8mmd8mm时，时，时，时，C Csizesize=1=1。尺寸修正后的疲劳极限为：尺寸修正后的疲劳极限为：尺寸修正后的疲劳极限为：尺寸修正后的疲劳极限为：S Sf f=C=CsizesizeS Sf f.尺寸效应对于长寿命疲劳影响较大。尺寸效应对于长寿命疲劳影响较大。尺寸效应对于长寿命疲劳影响较大。尺寸效应对于长寿命疲劳影响较大。第19页/共56页213.3.表面光洁度的影响表面光洁度的影响表面光洁度的影响表面光洁度的影响 由疲劳破坏机理知，表由疲劳破坏机理知，表由疲劳破坏机理知，表由疲劳破坏机理知，表面粗糙，局部应力集中增面粗糙，局部应力集中增面粗糙，局部应力集中增面粗糙，局部应力集中增大，裂纹萌生寿命缩短。大，裂纹萌生寿命缩短。大，裂纹萌生寿命缩短。大，裂纹萌生寿命缩短。400700100013001.00.80.60.40.20表表面面光光洁洁度度系系数数抗拉强度抗拉强度 (Mpa)镜面抛光精磨热轧锻造盐水腐蚀机械加工 材料强度越高，材料强度越高，材料强度越高，材料强度越高，光洁度的影响越大；光洁度的影响越大；光洁度的影响越大；光洁度的影响越大；应力水平越低，寿应力水平越低，寿应力水平越低，寿应力水平越低，寿命越长，光洁度的影响命越长，光洁度的影响命越长，光洁度的影响命越长，光洁度的影响越大。越大。越大。越大。加工时的划痕、碰伤加工时的划痕、碰伤加工时的划痕、碰伤加工时的划痕、碰伤(尤其尤其尤其尤其 在在在在孔、台阶等高应力孔、台阶等高应力孔、台阶等高应力孔、台阶等高应力区区区区)，可能是潜在的裂纹源，应当注意防止碰划。，可能是潜在的裂纹源，应当注意防止碰划。，可能是潜在的裂纹源，应当注意防止碰划。，可能是潜在的裂纹源，应当注意防止碰划。第20页/共56页22材料强度越高，循环应力水平越低，寿命越长，材料强度越高，循环应力水平越低，寿命越长，材料强度越高，循环应力水平越低，寿命越长，材料强度越高，循环应力水平越低，寿命越长，效果越好。在缺口应力集中处采用效果越好。在缺口应力集中处采用效果越好。在缺口应力集中处采用效果越好。在缺口应力集中处采用,效果更好。效果更好。效果更好。效果更好。4.4.4.4.表面处理的影响表面处理的影响表面处理的影响表面处理的影响残余拉应力则有害。焊接、气割、磨削等会引残余拉应力则有害。焊接、气割、磨削等会引残余拉应力则有害。焊接、气割、磨削等会引残余拉应力则有害。焊接、气割、磨削等会引入残余拉应力，使疲劳强度降低或寿命减小。入残余拉应力，使疲劳强度降低或寿命减小。入残余拉应力，使疲劳强度降低或寿命减小。入残余拉应力，使疲劳强度降低或寿命减小。疲劳裂纹常起源于表面。疲劳裂纹常起源于表面。疲劳裂纹常起源于表面。疲劳裂纹常起源于表面。在表面引入压缩残余应力，可提高疲劳寿命。在表面引入压缩残余应力，可提高疲劳寿命。在表面引入压缩残余应力，可提高疲劳寿命。在表面引入压缩残余应力，可提高疲劳寿命。表面喷丸；销、轴、螺栓冷挤压；干涉配合等；表面喷丸；销、轴、螺栓冷挤压；干涉配合等；表面喷丸；销、轴、螺栓冷挤压；干涉配合等；表面喷丸；销、轴、螺栓冷挤压；干涉配合等；都可在表面引入残余压应力都可在表面引入残余压应力都可在表面引入残余压应力都可在表面引入残余压应力,提高寿命。提高寿命。提高寿命。提高寿命。温度、载荷、使用时间等因素可能引起应力松温度、载荷、使用时间等因素可能引起应力松温度、载荷、使用时间等因素可能引起应力松温度、载荷、使用时间等因素可能引起应力松弛，例如，钢在弛，例如，钢在弛，例如，钢在弛，例如，钢在350350 C C以上以上以上以上,铝在铝在铝在铝在150150 C C以上，以上，以上，以上，就可能出现应力松弛，影响疲劳寿命。就可能出现应力松弛，影响疲劳寿命。就可能出现应力松弛，影响疲劳寿命。就可能出现应力松弛，影响疲劳寿命。第21页/共56页23镀铬或镀镍，引入残余拉应镀铬或镀镍，引入残余拉应镀铬或镀镍，引入残余拉应镀铬或镀镍，引入残余拉应力，疲劳极限下降。力，疲劳极限下降。力，疲劳极限下降。力，疲劳极限下降。材料强度越高，寿命越长，材料强度越高，寿命越长，材料强度越高，寿命越长，材料强度越高，寿命越长，镀层越厚，影响越大；镀层越厚，影响越大；镀层越厚，影响越大；镀层越厚，影响越大；10104 410105 510106 610107 7NS500500400400300300200200150150镀镍+喷丸喷丸+镀镍基材镀镍 镀镍、喷丸对疲劳性能的影响镀镍、喷丸对疲劳性能的影响热轧或锻造，会使表面脱碳，强度下降并在表面引热轧或锻造，会使表面脱碳，强度下降并在表面引热轧或锻造，会使表面脱碳，强度下降并在表面引热轧或锻造，会使表面脱碳，强度下降并在表面引入拉伸残余应力。可使疲劳极限降低入拉伸残余应力。可使疲劳极限降低入拉伸残余应力。可使疲劳极限降低入拉伸残余应力。可使疲劳极限降低50%50%甚至更多。甚至更多。甚至更多。甚至更多。材料强度越高，影响越大。材料强度越高，影响越大。材料强度越高，影响越大。材料强度越高，影响越大。渗碳或渗氮，可提高表层材料强度并引入残余压应力，渗碳或渗氮，可提高表层材料强度并引入残余压应力，渗碳或渗氮，可提高表层材料强度并引入残余压应力，渗碳或渗氮，可提高表层材料强度并引入残余压应力，使钢材疲劳极限提高。对于缺口件，效果更好。使钢材疲劳极限提高。对于缺口件，效果更好。使钢材疲劳极限提高。对于缺口件，效果更好。使钢材疲劳极限提高。对于缺口件，效果更好。镀锌或镀镉，影响较小，但防磨蚀效果比镀铬差。镀锌或镀镉，影响较小，但防磨蚀效果比镀铬差。镀锌或镀镉，影响较小，但防磨蚀效果比镀铬差。镀锌或镀镉，影响较小，但防磨蚀效果比镀铬差。镀前渗氮，镀后喷丸等，镀前渗氮，镀后喷丸等，镀前渗氮，镀后喷丸等，镀前渗氮，镀后喷丸等，可以减小其不利影响。可以减小其不利影响。可以减小其不利影响。可以减小其不利影响。第22页/共56页24Care should be taken when using the Care should be taken when using the idea of an endurance limit,a “safe idea of an endurance limit,a “safe stress”below which fatigue will not stress”below which fatigue will not occur.Only plain carbon and low-alloy occur.Only plain carbon and low-alloy steel exhibit this property,and it may steel exhibit this property,and it may disappear due to high temperatures,disappear due to high temperatures,corrosive environments,and periodic corrosive environments,and periodic overloads.overloads.用持久极限作为低于它将不出现疲劳的用持久极限作为低于它将不出现疲劳的用持久极限作为低于它将不出现疲劳的用持久极限作为低于它将不出现疲劳的安全应力时安全应力时安全应力时安全应力时,必须要注意。必须要注意。必须要注意。必须要注意。只有普通碳钢和只有普通碳钢和只有普通碳钢和只有普通碳钢和低合金钢才有上述特性，且这一特性可能由低合金钢才有上述特性，且这一特性可能由低合金钢才有上述特性，且这一特性可能由低合金钢才有上述特性，且这一特性可能由于高温、腐蚀环境和周期超载而消失。于高温、腐蚀环境和周期超载而消失。于高温、腐蚀环境和周期超载而消失。于高温、腐蚀环境和周期超载而消失。第23页/共56页25 As a general trend the following factors As a general trend the following factors will reduce the value of endurance limit:will reduce the value of endurance limit:Tensile mean stress,Tensile mean stress,Large section size,Large section size,Rough surface finish,Rough surface finish,Chrome and nickel plating,Chrome and nickel plating,Decarborization Decarborization (due to forging and hot rolling)(due to forging and hot rolling)拉伸平均应力拉伸平均应力 大截面尺寸大截面尺寸表面粗造表面粗造 镀铬和镀镍镀铬和镀镍锻造或热轧脱碳锻造或热轧脱碳第24页/共56页26The following factors tend to increase The following factors tend to increase the endurance limit:the endurance limit:Nitriding,Nitriding,hardeninghardeningcarbonization,carbonization,shot peening,shot peening,Clod rolling.Clod rolling.渗氮渗氮 硬化处理硬化处理碳化（渗碳）碳化（渗碳）喷丸喷丸冷轧冷轧第25页/共56页27 再再 见见习题：习题：习题：习题：2-22-2，2-42-4，2-52-5再见！谢谢！第一次课完请继续第二次课返回主目录返回主目录返回主目录返回主目录第26页/共56页28第二章第二章 应力疲劳应力疲劳2.1 S2.1 S-N N曲曲曲曲线线线线2.2 2.2 平均应力的影响平均应力的影响平均应力的影响平均应力的影响2.3 2.3 影响疲劳性能的若干因素影响疲劳性能的若干因素影响疲劳性能的若干因素影响疲劳性能的若干因素2.4 2.4 缺口疲劳缺口疲劳缺口疲劳缺口疲劳2.5 2.5 变幅载荷谱下的疲劳寿变幅载荷谱下的疲劳寿变幅载荷谱下的疲劳寿变幅载荷谱下的疲劳寿命命命命2.6 2.6 随机谱与循环计数法随机谱与循环计数法随机谱与循环计数法随机谱与循环计数法返回主目录返回主目录返回主目录返回主目录第27页/共56页292.4 2.4 缺口疲劳缺口疲劳缺口疲劳缺口疲劳 (notch(notch effect)effect)实际零构件实际零构件 缺口缺口 应力集中应力集中 疲劳性能下降。疲劳性能下降。Almost all machine components and Almost all machine components and structural members contain some form structural members contain some form geometrical or microstructural geometrical or microstructural discontinuities.These discontinuities,or discontinuities.These discontinuities,or stress concentrations,often result in stress concentrations,often result in maximum local stresses at the discontinuity maximum local stresses at the discontinuity which are many times greater than the which are many times greater than the nominal stress of the members.In ideally nominal stress of the members.In ideally elastic members the ratio of these stresses elastic members the ratio of these stresses is designated as Kis designated as Kt t,the theoretical stress,the theoretical stress concentration factor.concentration factor.第28页/共56页30In the stress-life approach the effect of In the stress-life approach the effect of notches is accounted for by the fatigue notches is accounted for by the fatigue notch factor,Knotch factor,Kf f,which is the ratio between,which is the ratio between the unnotched fatigue strength of a the unnotched fatigue strength of a member and the corresponding notched member and the corresponding notched fatigue strength at a given life.In general,fatigue strength at a given life.In general,the fatigue notch factor,Kthe fatigue notch factor,Kf f,is smaller then,is smaller then K Kt t.在应力寿命法中，缺口的影响是用疲劳缺口系数在应力寿命法中，缺口的影响是用疲劳缺口系数在应力寿命法中，缺口的影响是用疲劳缺口系数在应力寿命法中，缺口的影响是用疲劳缺口系数K Kf f 表示的，表示的，表示的，表示的，K Kf f 是在给定寿命下，无缺口构件疲劳是在给定寿命下，无缺口构件疲劳是在给定寿命下，无缺口构件疲劳是在给定寿命下，无缺口构件疲劳强度与相应的缺口件疲劳强度之比。一般地说，强度与相应的缺口件疲劳强度之比。一般地说，强度与相应的缺口件疲劳强度之比。一般地说，强度与相应的缺口件疲劳强度之比。一般地说，疲劳缺口系数疲劳缺口系数疲劳缺口系数疲劳缺口系数K Kf f 小于理论弹性应力集中系数小于理论弹性应力集中系数小于理论弹性应力集中系数小于理论弹性应力集中系数K Kt t。第29页/共56页312.5 2.5 变幅载荷谱下的疲劳寿命变幅载荷谱下的疲劳寿命变幅载荷谱下的疲劳寿命变幅载荷谱下的疲劳寿命 variable amplitude loadingvariable amplitude loadingUp to now,the discussion about Up to now,the discussion about fatigue behavior has dealt with fatigue behavior has dealt with constant amplitude loading.In constant amplitude loading.In contrast,most service loading contrast,most service loading histories have a variable amplitude histories have a variable amplitude and can be quite complex.and can be quite complex.到目前为止，关于疲劳性能的讨论处理的都是到目前为止，关于疲劳性能的讨论处理的都是到目前为止，关于疲劳性能的讨论处理的都是到目前为止，关于疲劳性能的讨论处理的都是恒幅载荷。然而事实上，大多数使用载荷历程恒幅载荷。然而事实上，大多数使用载荷历程恒幅载荷。然而事实上，大多数使用载荷历程恒幅载荷。然而事实上，大多数使用载荷历程具有可变的幅度且可能相当复杂。具有可变的幅度且可能相当复杂。具有可变的幅度且可能相当复杂。具有可变的幅度且可能相当复杂。第30页/共56页321.1.1.1.变幅载荷谱变幅载荷谱变幅载荷谱变幅载荷谱典型载荷块典型载荷块：“100100起落起落”，“万公里万公里”，“年年”等。等。总谱是典型块的重复总谱是典型块的重复总谱是典型块的重复总谱是典型块的重复。SN(起落次数起落次数)100200某飞机主轮毂实测载荷谱滑行滑行滑行拐弯拐弯着陆着陆载荷谱分实测谱和设计谱。载荷谱分实测谱和设计谱。设计寿命期内的设计寿命期内的载荷总谱载荷总谱。SS1n n3 3S2S3n n2 2n n1 10n设计载荷谱设计载荷谱设计载荷谱设计载荷谱第31页/共56页332.Miner2.Miner线性累积损伤理论线性累积损伤理论线性累积损伤理论线性累积损伤理论 若构件在某恒幅应力水平若构件在某恒幅应力水平若构件在某恒幅应力水平若构件在某恒幅应力水平S S作用下，循环至作用下，循环至作用下，循环至作用下，循环至破坏的寿命为破坏的寿命为破坏的寿命为破坏的寿命为N N，则循环至，则循环至，则循环至，则循环至n n次时的损伤定义为：次时的损伤定义为：次时的损伤定义为：次时的损伤定义为：D=D=n n/N N若若若若n n=0,=0,则则则则D=0D=0，构件未受损伤；构件未受损伤；构件未受损伤；构件未受损伤；nD0n1D1D D随循环数随循环数随循环数随循环数n n线性增长：线性增长：线性增长：线性增长：N1若若若若n n=N N，则，则，则，则D=1D=1，发生疲劳破坏。发生疲劳破坏。发生疲劳破坏。发生疲劳破坏。疲劳破坏判据为：疲劳破坏判据为：疲劳破坏判据为：疲劳破坏判据为：D=1D=1D Di i=n ni i/N Ni i第32页/共56页34MinerMiner累积损伤理论是线性的累积损伤理论是线性的累积损伤理论是线性的累积损伤理论是线性的；损伤和损伤和损伤和损伤和D D与载荷与载荷与载荷与载荷S Si i的作用次序无关。的作用次序无关。的作用次序无关。的作用次序无关。n ni i 是在是在是在是在 S Si i作用下的循环次数，作用下的循环次数，作用下的循环次数，作用下的循环次数，由载荷谱给出由载荷谱给出由载荷谱给出由载荷谱给出；N Ni i 是在是在是在是在 S Si i下循环到破坏的寿命，下循环到破坏的寿命，下循环到破坏的寿命，下循环到破坏的寿命，由由由由 S S-N N曲线确定曲线确定曲线确定曲线确定。若构件在若构件在若构件在若构件在k k个应力水平个应力水平个应力水平个应力水平S Si i作用下，各经受作用下，各经受作用下，各经受作用下，各经受n ni i次循环，总损伤为：次循环，总损伤为：次循环，总损伤为：次循环，总损伤为：(i i=1=1,2 2,.k.k )D DD Dn nN Ni ik ki ii i=1 1MinerMiner 线性线性线性线性累积损伤理论累积损伤理论累积损伤理论累积损伤理论的的的的破坏准则为：破坏准则为：破坏准则为：破坏准则为：D Dn n N Ni ii i=1 1第33页/共56页35A0 01 1DDn nN N2 2N N1 1BD D1 1D D2 2n n1 1n n2 2线性线性线性线性累积损伤理论与累积损伤理论与累积损伤理论与累积损伤理论与载荷的作用次序无关。载荷的作用次序无关。载荷的作用次序无关。载荷的作