材料的疲劳与断裂学习教案.pptx
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1、会计学1材料材料(cilio)的疲劳与断裂的疲劳与断裂第一页,共35页。第十四章第十四章 材料材料(cilio)(cilio)的疲劳与断裂的疲劳与断裂1 1 1 14 4 4 4.3 3 3 3 材材材材料料料料的的的的疲疲疲疲劳劳劳劳(p p p p l l l l o o o o)破破破破坏坏坏坏特特特特征征征征及及及及机机机机理理理理(目目目目录录录录)14.1 概概 述述一、疲劳的概念一、疲劳的概念二、疲劳破坏的实例二、疲劳破坏的实例第1页/共34页第二页,共35页。14.3 14.3 材料材料(cilio)(cilio)的疲劳破坏特征及机理的疲劳破坏特征及机理二二二二、疲疲疲疲劳劳劳
2、劳(p p p p l l l l o o o o)破破破破坏坏坏坏的的的的实实实实例例例例一、疲劳一、疲劳(plo)的概念的概念疲劳疲劳构件在循环应力作用下经过一定的循环次数后构件在循环应力作用下经过一定的循环次数后形成的裂纹或发生的形成的裂纹或发生的断裂断裂过程过程第2页/共34页第三页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏材料的疲劳破坏(phui)(phui)特征及机理特征及机理二二二二、疲疲疲疲劳劳劳劳(p p p p l l l l o o o o)破破破破坏坏坏坏的的的的实实实实例例例例40人死亡人死亡(swng);14人受伤;人受伤;直接经济损失直接经济损失631万元。万
3、元。1999年年1月月4日,我国重庆市綦日,我国重庆市綦(qi)江县彩虹桥发生垮塌,江县彩虹桥发生垮塌,造成:造成:二、二、疲劳破坏的实例疲劳破坏的实例第3页/共34页第四页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏材料的疲劳破坏(phui)(phui)特征及机理特征及机理二二二二、疲疲疲疲劳劳劳劳(p p p p l l l l o o o o)破破破破坏坏坏坏的的的的实实实实例例例例二、疲劳二、疲劳(plo)破坏的实例破坏的实例第4页/共34页第五页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理二二二二、疲疲疲疲劳劳劳劳(p
4、 p p p l l l l o o o o)破破破破坏坏坏坏的的的的实实实实例例例例二、疲劳破坏二、疲劳破坏(phui)的实例的实例第5页/共34页第六页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳材料的疲劳(plo)(plo)破坏特征及机理破坏特征及机理二二二二、疲疲疲疲劳劳劳劳破破破破坏坏坏坏(p p p p h h h hu u u u i i i i)的的的的实实实实例例例例二、疲劳破坏二、疲劳破坏(phui)的实例的实例第6页/共34页第七页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏材料的疲劳破坏(phui)(phui)特征及机理特征及机理二二二二、疲疲疲疲劳劳劳劳破破破破坏坏坏
5、坏(p p p p h h h hu u u u i i i i)的的的的实实实实例例例例二、疲劳二、疲劳(plo)破坏的实例破坏的实例第7页/共34页第八页,共35页。第十四章第十四章 材料的疲劳材料的疲劳(plo)(plo)与断裂与断裂1 1 1 14 4 4 4.3 3 3 3 材材材材料料料料的的的的疲疲疲疲劳劳劳劳(p p p p l l l l o o o o)破破破破坏坏坏坏特特特特征征征征及及及及机机机机理理理理(目目目目录录录录)14.3 材料的疲劳材料的疲劳(plo)破坏特征及机理破坏特征及机理一、疲劳破坏的机理一、疲劳破坏的机理二、交变应力的种类二、交变应力的种类第8页/
6、共34页第九页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理一一一一、疲疲疲疲劳劳劳劳(p p p p l l l l o o o o)的的的的概概概概念念念念轮轮轴轴表表面面(biomin)A点点的的正正应力应力式中式中称为称为应力幅应力幅 交变应力交变应力一、一、疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理随时间作周期性变化的应力随时间作周期性变化的应力第9页/共34页第十页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳材料的疲劳(plo)(plo)破坏特征及机理破坏特征及机理一一一一、疲疲疲疲劳劳劳劳(p p p p l l l l o o o
7、o)的的的的概概概概念念念念疲劳疲劳(plo)失效失效 交变应力交变应力引起的破坏与引起的破坏与静应力静应力引起的破坏引起的破坏截然不同截然不同疲疲 劳劳实践表明:实践表明:一、一、疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理在交变应力作用下发生的在交变应力作用下发生的突然断裂突然断裂现象现象第10页/共34页第十一页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理三三三三、疲疲疲疲劳劳劳劳破破破破坏坏坏坏(p p p p h h h hu u u u i i i i)的的的的机机机机理理理理疲劳疲劳(plo)失效的特点:失效的特点:2.即使塑性较好
8、的材料,断裂前也没有明显的塑性即使塑性较好的材料,断裂前也没有明显的塑性 变形,呈变形,呈脆性断裂破坏脆性断裂破坏;1.构件内的最大应力小于屈服应力时,会发生构件内的最大应力小于屈服应力时,会发生突然突然 断裂断裂;3.断口明显地分为断口明显地分为光滑区光滑区和和粗糙区粗糙区。三、三、疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理第11页/共34页第十二页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理三三三三、疲疲疲疲劳劳劳劳破破破破坏坏坏坏(p p p p h h h hu u u u i i i i)的的的的机机机机理理理理疲劳疲劳(plo)失效
9、过程:失效过程:微观裂纹微观裂纹(称为称为疲劳源疲劳源或或裂纹源裂纹源);1.在在足够大足够大的交变应力作用下,构件内的的交变应力作用下,构件内的最大应力处最大应力处 或或缺陷处缺陷处,沿最大切应力作用面形成滑移带,产生,沿最大切应力作用面形成滑移带,产生 2.在微裂纹的尖端产生在微裂纹的尖端产生应力应力 奇异奇异(应力集中应力集中),在交变,在交变 应力的作用下,微裂纹扩应力的作用下,微裂纹扩 展,形成展,形成宏观裂纹宏观裂纹;3.随着交变应力继续作用,随着交变应力继续作用,宏观裂纹扩展,最终宏观裂纹扩展,最终构件构件 断裂断裂。三、三、疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理第12页/共34页第十三页
10、,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理三三三三、疲疲疲疲劳劳劳劳(p p p p l l l l o o o o)破破破破坏坏坏坏的的的的机机机机理理理理疲劳失效疲劳失效(sh xio)的实质:的实质:疲劳失效是很危险的,因为构件中的裂纹很小,不疲劳失效是很危险的,因为构件中的裂纹很小,不易发现,在易发现,在名义应力名义应力低于抗拉强度低于抗拉强度(甚至低于屈服应力甚至低于屈服应力)的情的情况下,会况下,会突然发生断裂突然发生断裂。材料中裂纹的形成和扩展的结果材料中裂纹的形成和扩展的结果 已有资料表明:承受交变应力构件的失效
11、已有资料表明:承受交变应力构件的失效(如飞机、如飞机、火车和机器火车和机器)绝大部分是疲劳失效。绝大部分是疲劳失效。三、三、疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理第13页/共34页第十四页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏材料的疲劳破坏(phui)(phui)特征及机理特征及机理四四四四、交交交交变变变变(j j j ji i i i o o o o b b b bi i i i n n n n)应应应应力力力力的的的的种种种种类类类类 强强迫迫振振动动的的梁梁,其其任任一一点点的的应应力力随随时时间间(shjin)(shjin)周周期变化期变化 j梁在静平衡位置时的应力梁在静平衡位置时的应
12、力 max梁在最大位移时的应力梁在最大位移时的应力 min 梁在最小位移时的应力梁在最小位移时的应力四、交变应力四、交变应力的种类的种类第14页/共34页第十五页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理四四四四、交交交交变变变变应应应应力力力力(y y y y n n n ng g g gl l l l )的的的的种种种种类类类类一个应力一个应力(yngl)(yngl)循环循环 循环次数循环次数 周期周期四、交变应力四、交变应力的种类的种类 强迫振动的梁,其任一点的应力随时间周期变化强迫振动的梁,其任一点的应力随时间周期变化重
13、复变化一次的过程重复变化一次的过程应力重复变化的次数应力重复变化的次数完成一个应力循环所需要的时间完成一个应力循环所需要的时间第15页/共34页第十六页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理四四四四、交交交交变变变变(j j j ji i i i o o o o b b b bi i i i n n n n)应应应应力力力力的的的的种种种种类类类类交交变变(jio bin)应应力力的的循循环环特特征征(应应力力比比):应力循环中的应力循环中的平均应力平均应力:应力循环中的应力循环中的应力幅应力幅:四、交变应力四、交变应力的种
14、类的种类第16页/共34页第十七页,共35页。14.3 14.3 材料的疲劳破坏特征材料的疲劳破坏特征(tzhng)(tzhng)及机理及机理四四四四、交交交交变变变变(j j j ji i i i o o o o b b b bi i i i n n n n)应应应应力力力力的的的的种种种种类类类类 2.非对称循环(xnhun)即:即:1.对称循环对称循环非对称循环非对称循环 =平均应力平均应力 +对称循环对称循环四、交变应力四、交变应力的种类的种类应力循环种类:应力循环种类:第17页/共34页第十八页,共35页。14.3 14.3 材料材料(cilio)(cilio)的疲劳破坏特征及机理的
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