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1、关于失效分析基础知识第一页，讲稿共六十二页哦2 2.1.1 失效的主要形式及其原因失效的主要形式及其原因2.12.1机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源第二页，讲稿共六十二页哦32.1.1 失效的主要形式及其原因失效的主要形式及其原因断裂失效的分类断裂失效的分类 失失效效分分析析工工作作者者通通常常从从致致断断原原因因（断断裂裂机机理理或或断断裂裂模模式式）的的角角度出发将机械零件的断裂失效分为下述几种类型：度出发将机械零件的断裂失效分为下述几种类型：（1 1）过载断裂失效；）过载断裂失效；（2 2）疲劳断裂失效；）疲劳断裂失效；（3 3）材
2、料脆性断裂失效；）材料脆性断裂失效；（4 4）环境诱发断裂失效；）环境诱发断裂失效；（5 5）混合断裂失效。）混合断裂失效。2.12.1机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源第三页，讲稿共六十二页哦32.1.2 失效的来源失效的来源 引起零件早期失效的原因是很多的，主要有以下几方引起零件早期失效的原因是很多的，主要有以下几方面：面：1 1、设计与选材上的问题；、设计与选材上的问题；2 2、加工、热处理或材质上的问题；、加工、热处理或材质上的问题；3 3、装配上的问题；、装配上的问题；4 4、使用、操作和维护不当的问题。、使用、操作和维护不当的问
3、题。据调查统计，在失效的原因中，设计和制造加工方据调查统计，在失效的原因中，设计和制造加工方面的问题占面的问题占56%56%以上。这是一个重要方面，在失效分以上。这是一个重要方面，在失效分析和设计制造中都应引起足够重视。析和设计制造中都应引起足够重视。2.12.1机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源第四页，讲稿共六十二页哦32.1.2 失效的来源失效的来源 1、设计问题、设计问题（1 1）在高应力部位存在沟槽、机械缺口及圆角半径过小等；）在高应力部位存在沟槽、机械缺口及圆角半径过小等；（2 2）应应力力计计算算方方面面的的错错误误。对对于于结
4、结构构比比较较复复杂杂的的零零件件，所所承承受受的的载载荷性质、大小缺少足够的资料易引起计算方面的错误。荷性质、大小缺少足够的资料易引起计算方面的错误。（3 3）设设计计判判据据不不正正确确。由由于于对对产产品品的的服服役役条条件件了了解解不不够够，设设计计判判据据的的选选用用错错误造成失效的事例也时有发生。误造成失效的事例也时有发生。2、材料选择上的缺点、材料选择上的缺点 （1 1）选材的判据有误）选材的判据有误 （2 2）材料中的缺陷）材料中的缺陷2.12.1机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源第五页，讲稿共六十二页哦32.1.2 失效的
5、来源失效的来源 3、加工制造及装配中存在的问题、加工制造及装配中存在的问题 加加工工方方法法不不正正确确，技技术术要要求求不不合合理理及及操操作作者者失失误误也也是是引引起起设设备备过过早早失失效效的的重要原因。重要原因。热热处处理理不不当当也也是是常常见见的的失失效效原原因因之之一一。常常见见的的有有过过热热、回回火火不不充充分分，加加热热速速度度过过快快及及热热处处理理方方法法选选用用不不合合理理等等。热热处处理理过过程程中中的的氧氧化化脱脱碳碳、变变形形开开裂裂、晶晶粒粒粗粗大大及及材材料料的的性性能能未未达达到到规规定定要要求求等等时时有发生。有发生。酸洗及电镀时引起对材料的充氢而导致
6、的氢致损伤也是常见的失效形式。酸洗及电镀时引起对材料的充氢而导致的氢致损伤也是常见的失效形式。不不文文明明施施工工，不不按按要要求求安安装装等等容容易易造造成成零零件件表表面面损损伤伤或或导导致致残残余余应力、附加应力等，都可以引起零件的早期失效。应力、附加应力等，都可以引起零件的早期失效。2.12.1机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源第六页，讲稿共六十二页哦32.1.2 失效的来源失效的来源 4、不合理的服役条件、不合理的服役条件 不不合合理理的的起起动动和和停停车车、超超速速、过过载载服服役役、温温度度超超过过允允许许值值、流流速速波波
7、动动超超出出规规定定范范围围（过过高高或或过过低低）以以及及异异常常介介质质的的引引入入都都可可能能成成为为设设备备过过早早失失效的根源。效的根源。2.12.1机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源机械零件失效形式与来源第七页，讲稿共六十二页哦42.2.12.2.1应力状态分析与强度理论应力状态分析与强度理论（1）材料的失效形式和应力状态）材料的失效形式和应力状态 脆断脆断 剪断剪断 屈服屈服（2）强度理论）强度理论2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第八页，讲稿共六十二页哦52.2.2
8、 2.2.2 应力集中应力集中应力集中系数：应力集中系数：2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第九页，讲稿共六十二页哦52.2.2 2.2.2 应力集中应力集中裂隙附近应力集中：裂隙附近应力集中：2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十页，讲稿共六十二页哦5不同试样的应力集中系数不同试样的应力集中系数 2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十一页，讲稿共六十
9、二页哦52.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十二页，讲稿共六十二页哦6应力集中对零件失效的影响应力集中对零件失效的影响 1、材料的缺口敏感性、材料的缺口敏感性 应力集中对零件失效的影响，在一定程度上与材料的缺口敏感性有应力集中对零件失效的影响，在一定程度上与材料的缺口敏感性有关。缺口导致应力状态的变化和应力集中，有使材料变脆的趋向。关。缺口导致应力状态的变化和应力集中，有使材料变脆的趋向。2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算2、影响应
10、力集中与断裂失效的因素、影响应力集中与断裂失效的因素 （1）材料机械性能的影响）材料机械性能的影响 （2）零件几何形状的影响）零件几何形状的影响 （3）零件应力状态的影响）零件应力状态的影响 （4）加工缺陷的影响）加工缺陷的影响 （5）装配、检验产生缺陷的影响）装配、检验产生缺陷的影响第十三页，讲稿共六十二页哦6（2）零件几何形状的影响）零件几何形状的影响 2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件在应力集中处产生零件在应力集中处产生疲劳裂纹示意图疲劳裂纹示意图零件在应力集中处产生零件在应力集中处产生淬火裂纹示意图淬
11、火裂纹示意图第十四页，讲稿共六十二页哦6降低应力集中系数的措施降低应力集中系数的措施：1 从设计方面降低应力集中系数从设计方面降低应力集中系数（1）变截面部位的过渡）变截面部位的过渡 加大圆角或改变方式加大圆角或改变方式（2）根据零件的受力方向和位置选择适当的开孔部位）根据零件的受力方向和位置选择适当的开孔部位（3）在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔）在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔2 采取局部强化以提高应力集中处的材料疲劳强度采取局部强化以提高应力集中处的材料疲劳强度（1）表面处理强化）表面处理强化（2）薄壳淬火）薄壳淬火（3）喷丸强化）喷丸强化（4）滚压强化）滚压强化 疲
12、劳时的有效应力集中系数疲劳时的有效应力集中系数2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十五页，讲稿共六十二页哦6降低应力集中系数的措施降低应力集中系数的措施：（3）在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔）在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十六页，讲稿共六十二页哦72.2.3 2.2.3 残余应力和装配应力残余应力和装配应力1 1 残余应力的产生残余应力的产生 （1 1）热处理残余应力）热处
13、理残余应力 （2 2）焊接残余应力）焊接残余应力 （3 3）表面化学热处理引起的残余应力）表面化学热处理引起的残余应力 （4 4）电镀引起的残余应力）电镀引起的残余应力 （5 5）切削加工残余应力）切削加工残余应力2 2 消除残余应力的方法消除残余应力的方法 （1 1）去应力退火）去应力退火 （2 2）回火或自然时效处理）回火或自然时效处理 （3 3）加静载（或动载）加静载（或动载）（4 4）火焰烘烤法）火焰烘烤法2.22.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十七页，讲稿共六十二页哦9（1）热处理残余应力）热处理残余应力组
14、织应力分布组织应力分布冷却初期冷却初期冷却后期冷却后期热应力分布热应力分布表面发生相变表面发生相变心部发生相变心部发生相变2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十八页，讲稿共六十二页哦9（1）热处理残余应力）热处理残余应力热处理淬火残余应力类型热处理淬火残余应力类型K表层，表层，R心部心部2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第十九页，讲稿共六十二页哦10（1）热处理残余应力）热处理残余应力轧辊淬火残余应力轧辊淬火残余应力 中心表面材料：0.97%C 硬化深度：2.42.8mm心部轴向心部轴向心部周向心部周向表面轴向表面轴向表面周向表面周向火焰淬火残余
15、应力分布火焰淬火残余应力分布2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第二十页，讲稿共六十二页哦11（2 2）化学热处理引起的残余应力化学热处理引起的残余应力（D表示有效渗碳层深度）表示有效渗碳层深度）D=0.8mm 渗碳层残余应力分布渗碳层残余应力分布氮化层残余应力分布氮化层残余应力分布2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第二十一页，讲稿共六十二页哦8（3）焊接残余应力）焊接残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第二十二页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零
16、件受力分析及强度刚度计算第二十三页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算 激光强化层的残余应力沿层深的分布激光强化层的残余应力沿层深的分布(a)(a)X X层深分布曲线层深分布曲线(b)(b)Y Y层深分布曲线层深分布曲线 1-1500W1-1500W，25mm/s25mm/s 2-1000W2-1000W，25mm/s 25mm/s 第二十四页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算喷涂工艺方法对喷涂工艺方法对N
17、iCrSiNiCrSi 涂层残余应力的影响涂层残余应力的影响 火焰喷涂涂层内残余火焰喷涂涂层内残余应力与其厚度的关系应力与其厚度的关系 第二十五页，讲稿共六十二页哦122.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算一个预测热喷涂涂层残余应力分布的解析模型：平面几何模型一个预测热喷涂涂层残余应力分布的解析模型：平面几何模型1 模型公式模型公式建立在平面几何的基础之上。建立在平面几何的基础之上。1.1 沉积应力沉积应力1.1.1 第一层第一层应变应变（1）q内（淬火）应力；内（淬火）应力；Ed杨氏模量杨氏模量假设每一个部位产生的应变是不相等的，并产生反作用力假设每一个部位产生的应变是不
18、相等的，并产生反作用力F，于是有，于是有(2)第二十六页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算(3)在涂层形成一个很大的拉应力，同时，在基板上上产生一个对等的平衡的反作用力在涂层形成一个很大的拉应力，同时，在基板上上产生一个对等的平衡的反作用力压应力。压应力。形成弯矩（形成弯矩（banding moment）(4)中性层中性层 1(5)第二十七页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算Composite beam
19、stiffness (6)平衡弯矩平衡弯矩M1，产生曲率变化，产生曲率变化，1-0(7)第二十八页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算假设双向应力相等（假设双向应力相等（x=z），厚度方向应力可以忽略（），厚度方向应力可以忽略（y=0）。）。由泊松效应（由泊松效应（Poisson effect），），z将在将在x方向导致一个应变。方向导致一个应变。(8)x方向的应力应变关系可以表示为：方向的应力应变关系可以表示为：(9)Effective youngs modulus value.第二十九页，讲稿共六
20、十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算从材料力学可以计算：从材料力学可以计算：(10)(11)涂层第一层中部的应力：涂层第一层中部的应力：(12)第三十页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算(13)平衡应变平衡应变 等效杨氏模量等效杨氏模量 (14)F2的表达式的表达式 (15)F2分摊在镀层第一层和基板中。分摊在镀层第一层和基板中。第三十一页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2
21、零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算作用在基板上的力为：作用在基板上的力为：(16)作用在第一层镀层上的力为：作用在第一层镀层上的力为：(17)第三十二页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算大小相等方向相反的力对形成力矩大小相等方向相反的力对形成力矩M2：F2s和和F2w都是压应力。在镀层的第二层上存在与都是压应力。在镀层的第二层上存在与F2大小相等的拉应力。大小相等的拉应力。(18)平衡弯矩平衡弯矩M2，产生曲率变化，产生曲率变化，2-1(19)第三十三页，讲稿共六十二页哦12（4
22、4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算组合板的硬度（强度）可以写为：组合板的硬度（强度）可以写为：(20)可以确定可以确定 2为：为：(21)第三十四页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算基板底部和顶部的应力可以写为：基板底部和顶部的应力可以写为：和和(22)(23)第三十五页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算镀层第一层中部（心）的应力变为：镀
23、层第一层中部（心）的应力变为：镀层第二层中部（心）的应力可以计算为：镀层第二层中部（心）的应力可以计算为：(24)(25)第三十六页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算1.1.3 nth 层的应力层的应力上述的分析和计算可以扩展到上述的分析和计算可以扩展到n层。层。(26)(27)(28)第三十七页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算(30)(29)(31)第三十八页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起
24、的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算运用式运用式26-29可以估算第可以估算第j层的应力。用层的应力。用j代替各式中的代替各式中的n，j层中部（心）的应力为：层中部（心）的应力为：(32)第三十九页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算这里，这里，1 j n，其分布如图，其分布如图3所示。所示。第四十页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算1.2 冷却过程中不同
25、的热收缩冷却过程中不同的热收缩 第四十一页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第四十二页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算考虑两块板从无应力状态冷却考虑两块板从无应力状态冷却 T，则产生应变变量，则产生应变变量=（s-d）T。假设这。假设这一应变在板的底部和顶部产生大小相等的反作用的平衡力一应变在板的底部和顶部产生大小相等的反作用的平衡力F(CTE)，则在，则在x轴上轴上由力平衡可以得到：由力平衡可以得到：
26、（33）第四十三页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算这两个力行成力矩这两个力行成力矩M(CTE)。为了平衡这一力矩，则有曲率变化。为了平衡这一力矩，则有曲率变化 2-1（34）（35）（36）第四十四页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算 是中性层（是中性层（yc=0）到表面（）到表面（y=0）的距离且等于）的距离且等于 n。当在涂层中时，。当在涂层中时，n是固定的，为：是固定的，为：从式（从式（34）和（
27、）和（35），可以得出），可以得出F(CTE)的表达式：的表达式：结合式（结合式（33）和式（）和式（36）-（38），曲率变化从应变变量），曲率变化从应变变量增加到增加到 c-n（39）（38）（37）第四十五页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算因而，可以从式（因而，可以从式（37）计算）计算(CET)导致的应力：导致的应力：（40a）（40b）（40c）（40d）（40e）第四十六页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分
28、析及强度刚度计算1.3 最终的应力水平最终的应力水平最终的基板底部和顶部的应力水平可以从式（最终的基板底部和顶部的应力水平可以从式（30）和式（）和式（40e）或者（）或者（31）和）和（40d）来进行计算：）来进行计算：和和（41）（42）第四十七页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算对于涂层，对于涂层，jth层中部（心）的应力为：层中部（心）的应力为：（43）1jn 第四十八页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度
29、刚度计算作为一个例子，作为一个例子，nth层中部（心）的应力为：层中部（心）的应力为：（44）第四十九页，讲稿共六十二页哦12（4 4）涂镀层引起的残余应力涂镀层引起的残余应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算2 模型的应用模型的应用第五十页，讲稿共六十二页哦13（5 5）切削加工残余应力切削加工残余应力 铣加工表面残余应力 B侧刃铣（低速）C端面铣（低速）D滚铣（高速）砂轮太硬时的磨削应力2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第五十一页，讲稿共六十二页哦14去应力退火的温度及保温时间去应力退火的温度及保温时间 去应力退火去应力退火 2.2零件受力分
30、析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第五十二页，讲稿共六十二页哦15 回回火火（200200400400 C C）或或自自然然时时效效（可可降降低低残残余余应应力力30%30%）加静载加静载使有残余应力部位发生屈服。使有残余应力部位发生屈服。加加动动载载振振动动法法，主主要要用用于于铸铸件件和和焊焊件件；锤锤击击法法，主主要用于焊接件。要用于焊接件。火焰烘烤法火焰烘烤法用于焊接件，可降低残余应力用于焊接件，可降低残余应力30%30%2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第五十三页，讲稿共六十二页哦152.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第五十四页
31、，讲稿共六十二页哦16残余应力的测试方法残余应力的测试方法机械法机械法逐层剥除法逐层剥除法 切割法切割法 钻孔法钻孔法机械测长法，电阻机械测长法，电阻应变仪法，应用脆性涂料法，光弹覆膜法应变仪法，应用脆性涂料法，光弹覆膜法物理测定法物理测定法X X射射线线测测定定法法测测定定晶晶粒粒内内的的特特定定晶晶面面的的面面间间距距发发生生的的变变化化，求求得得应应力力。有有照相法和计数管法。照相法和计数管法。磁磁性性测测定定方方法法铁铁磁磁体体的的磁磁化化，受受到到晶晶体体的的各各向向异异性性、晶晶粒粒大大小小、合合金金元元素素、夹夹杂杂物物及应力的影响。残余应力对磁畴的旋转和唯一会产生附加的阻力。及
32、应力的影响。残余应力对磁畴的旋转和唯一会产生附加的阻力。其他其他 脆性涂层脆性涂层光学方法光学方法奥氏体钢和黄铜氨熏试验（定性）奥氏体钢和黄铜氨熏试验（定性）2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第五十五页，讲稿共六十二页哦16残余应力残余应力对静强度和变形的影响对静强度和变形的影响a）加载前的残余应力）加载前的残余应力 b）加载后的残余应力）加载后的残余应力 c）中央部分的应力）中央部分的应力-应变曲线应变曲线 d）两侧部分的应力）两侧部分的应力-应变曲线应变曲线 e）整体部分的应力整体部分的应力-应变曲线应变曲线 塑性材料塑性材料影响不大，或影响不大，或 没有影响没有影
33、响淬火回火淬火回火影响不可忽视影响不可忽视 2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第五十六页，讲稿共六十二页哦16残余应力残余应力对疲劳的影响对疲劳的影响 一般，当承受交变应力的构件存在压缩残一般，当承受交变应力的构件存在压缩残余应力时，构件的疲劳强度提高；当存在拉伸余应力时，构件的疲劳强度提高；当存在拉伸残余应力时，构件的疲劳强度下降。残余应力时，构件的疲劳强度下降。冷加工和热处理残余应力对疲劳强度的影响冷加工和热处理残余应力对疲劳强度的影响2.2零件受力分析及强度刚度计算零件受力分析及强度刚度计算第五十七页，讲稿共六十二页哦172.3.1低应力脆断及材料的韧性低应力脆断
34、及材料的韧性 脆性断裂的共性特点：脆性断裂的共性特点：（1）通常发生脆断时的宏观应力很低，按强度设计是安全的）通常发生脆断时的宏观应力很低，按强度设计是安全的 （2）脆断通常发生在比较低的工作温度下）脆断通常发生在比较低的工作温度下 （3）脆断从应力集中处开始，裂纹源通常在结构或材料的缺）脆断从应力集中处开始，裂纹源通常在结构或材料的缺陷处陷处 （4）厚截面、高应变速率促进脆断。）厚截面、高应变速率促进脆断。2.3 材料的韧性与断裂设计材料的韧性与断裂设计第五十八页，讲稿共六十二页哦17冲击韧性冲击韧性应力场强度因子应力场强度因子缺口敏感性缺口敏感性温度和应变速率对脆断的影响温度和应变速率对脆
35、断的影响脆性转折温度脆性转折温度 FATT NDT SATT FTP METT2.3 材料的韧性与断裂设计材料的韧性与断裂设计第五十九页，讲稿共六十二页哦18结构设计应用例结构设计应用例（1）一厚板零件，使用）一厚板零件，使用0.45C-Ni-Cr-Mo钢制造。其钢制造。其 如图所示。如图所示。无损检测发现裂纹长度在无损检测发现裂纹长度在4mm以上，设计工作应力为以上，设计工作应力为 。讨论：讨论：a 工作应力工作应力 d=750MNm-2 时，检测手段能否保证防止发生脆断？时，检测手段能否保证防止发生脆断？b 企图通过提高强度以减轻零件重量，若企图通过提高强度以减轻零件重量，若 b提高到提高
36、到1900MNm-2 是否合适？是否合适？c 如果如果 b提高到提高到1900MNm-2，则零件的允许工作应力是多少？，则零件的允许工作应力是多少？2.3.2断裂韧性在结构设计断裂韧性在结构设计 和失效分析中的应用和失效分析中的应用2.3 材料的韧性与断裂设计材料的韧性与断裂设计安全判据安全判据 ,是结构断裂设计的依据。是结构断裂设计的依据。第六十页，讲稿共六十二页哦18解：解：a 选用钢材，选用钢材，为为66MNm-3/2，计算得，计算得 b 通过热处理提高材料强度通过热处理提高材料强度 b=1900MNm-2，则，则 =34.5MNm-3/2，计算得裂纹，计算得裂纹临界长度临界长度2c=2.1mm。小于检测范围，不能保证不发生脆性断裂。小于检测范围，不能保证不发生脆性断裂。若改用钢材若改用钢材4，则可计算得，则可计算得2c约为约为4.35mm，满足要求。，满足要求。c 在在 b=1900MNm-2时，对钢材时，对钢材1，在临界裂纹，在临界裂纹2c=4mm时，其工作应力为时，其工作应力为 d=685MNm-2 对钢材对钢材4，在临界裂纹，在临界裂纹2c=4mm时，其工作应力为时，其工作应力为 d=990MNm-2 第六十一页，讲稿共六十二页哦感感谢谢大大家家观观看看第六十二页，讲稿共六十二页哦