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1、11 引引 言言 循环应力循环应力 疲劳破坏及其特点疲劳破坏及其特点第1页/共24页2 循环应力循环应力实例载荷载荷 F 的大小循环变化的大小循环变化,联杆内应力随之变化联杆内应力随之变化每个齿随齿轮转动循环受力，齿内应力循环变化每个齿随齿轮转动循环受力，齿内应力循环变化第2页/共24页3起落架因飞机起起落架因飞机起落而反复受载落而反复受载（载荷不变（载荷不变,轴转动）轴转动）第3页/共24页4循环应力随时间循环变化的应力（也称（也称交变应力）循环应力的变化幅度，可能循环应力的变化幅度，可能是恒定的是恒定的,也可能是变化的也可能是变化的循环应力循环应力恒幅循环应力变幅循环应力第4页/共24页5
2、 疲劳破坏疲劳破坏在循环应力作用下，材料或构件产生可见裂纹或完全断裂的现象称为疲劳破坏，简称疲劳在在循环循环应力作用下应力作用下，如果应力足够大，如果应力足够大，并经历应力的多次循环后，构件将并经历应力的多次循环后，构件将产生产生可见裂纹或完全断裂可见裂纹或完全断裂第5页/共24页6疲劳破坏特点钢拉伸疲劳断裂钢拉伸疲劳断裂 破坏时应力低于破坏时应力低于s sb 甚至甚至 s ss 即使是塑性材料，也呈现脆性断裂即使是塑性材料，也呈现脆性断裂 断口通常呈现光滑与粗粒状两个区域断口通常呈现光滑与粗粒状两个区域断疲劳破坏过程，可理解为裂纹萌生、逐渐扩展与最后断裂的过程第6页/共24页72 循环应力及
3、其类型循环应力及其类型 恒幅循环应力描述恒幅循环应力描述 恒幅恒幅循环应力的类型循环应力的类型第7页/共24页8 恒幅恒幅循环应力描述循环应力描述恒幅循环应力较常见，也是分析变幅循环应力问题的基础恒幅循环应力较常见，也是分析变幅循环应力问题的基础两种描述方式：两种描述方式：最大应力最大应力 s smax 与最小应力与最小应力s smin 平均应力平均应力s sm与应力幅与应力幅s sa第8页/共24页9 恒幅恒幅循环应力的类型循环应力的类型循环应力变化特点，影响材料与构件的疲劳强度循环应力变化特点，影响材料与构件的疲劳强度应力比应力比或或循环特征循环特征对称循环应力对称循环应力脉动循环应力脉动
4、循环应力非对称循环应力非对称循环应力所有所有 r -1 的循环应力的循环应力第9页/共24页10O100t t(秒秒)6020s s(MPa)例例2：恒幅循环应力变化曲线如图：恒幅循环应力变化曲线如图所示，其应力幅和循环特征（应力所示，其应力幅和循环特征（应力比）分别为比）分别为 ,。A80MPa，5B40MPa，1/5C40MPa，5D80MPa，1/5答：答：B 例例1：r=1是什么性质的应力？是什么性质的应力？答：静载产生的应力。答：静载产生的应力。第10页/共24页11一个应力循环一个应力循环已知：已知：r=-1/6，s sa=70MPa 求：求：s sm讨论：讨论：中有几个独立变量？
5、中有几个独立变量？答：答：2个，个，因为因为第11页/共24页12一个应力循环一个应力循环已知：循环特征已知：循环特征r=-1/6，应力幅，应力幅s sa=70MPa 求：平均应力求：平均应力s sm解：解：第12页/共24页133 S-N曲线与材料的疲劳极限 疲劳试验疲劳试验 S-N 曲线与材料曲线与材料疲劳极限疲劳极限第13页/共24页14旋转弯曲疲劳试验旋转弯曲疲劳试验采用小尺寸（采用小尺寸（610 mm）光滑标准试）光滑标准试样（为一等强梁）样（为一等强梁）轴轴向向拉拉压压疲疲劳劳试试验验机机第14页/共24页15 S-N曲线与材料的曲线与材料的疲劳极限疲劳极限 S-N 曲线曲线 -应
6、力应力 S（s s 或或 t t）与相应）与相应应力循环数（或寿命）应力循环数（或寿命）N 的关系曲线的关系曲线 持久极限持久极限-材料能经受无限次应力材料能经受无限次应力循环循环而不发生疲劳破坏的最大应力值而不发生疲劳破坏的最大应力值s s/MPas s bs s slg N钢钢s s r持久极限持久极限第15页/共24页16N0某指定寿命某指定寿命材料疲劳极限材料疲劳极限或或条件疲劳极限条件疲劳极限材料的持久极限与疲劳极限，统称为材料的疲劳极限材料的持久极限与疲劳极限，统称为材料的疲劳极限第16页/共24页174 影响构件疲劳极限的主要因素 构件外形的影响构件外形的影响 构件横截面尺寸的影
7、响构件横截面尺寸的影响 构件构件表面加工质量的影响表面加工质量的影响第17页/共24页18 构件外形的影响构件外形的影响应力集中促使疲劳裂纹的形成，应力集中促使疲劳裂纹的形成，对构件疲劳强度的影响很大对构件疲劳强度的影响很大存在应力集中试样的疲劳极限存在应力集中试样的疲劳极限不存在应力集中试样的疲劳极限不存在应力集中试样的疲劳极限R 愈小愈小,Ks s 愈大；愈大；s sb 愈高，应力集中对愈高，应力集中对s sr 的影响愈显著的影响愈显著 Ks s有效应力集中因数有效应力集中因数第18页/共24页19应尽量减小应力集中，特别对于高强度材料构件 增大圆角半径增大圆角半径 减小相连杆段的尺寸差别
8、减小相连杆段的尺寸差别 将必要的孔与沟槽等备置在低应力区将必要的孔与沟槽等备置在低应力区 采用凹槽与卸荷糟等采用凹槽与卸荷糟等第19页/共24页20 构件横截面尺寸的影响构件横截面尺寸的影响试验：弯、扭疲劳极限随构件横截面尺寸增大而减小试验：弯、扭疲劳极限随构件横截面尺寸增大而减小标准试样的疲劳极限标准试样的疲劳极限大尺寸试样的疲劳极限大尺寸试样的疲劳极限直径直径 d 愈大愈大,s sr 降低降低愈多；愈多；s sb 愈高，截面愈高，截面尺寸对尺寸对s sr 的影响愈大的影响愈大 e es s,e et t 尺寸因数尺寸因数第20页/共24页21 构件构件表面加工质量的影响表面加工质量的影响最
9、大应力发生在构件表层，构件表面又常存在各种缺陷，最大应力发生在构件表层，构件表面又常存在各种缺陷，故构件表面加工质量与表层状况对疲劳强度存在影响故构件表面加工质量与表层状况对疲劳强度存在影响表面加工质量表面加工质量愈低愈低,s sr 降低降低愈多；愈多；s sb 愈高，愈高，加加工质量工质量对对s sr 的影响愈大的影响愈大 b b 表面质量因数表面质量因数 对于重要构件对于重要构件,尤其存在应力集中的部位尤其存在应力集中的部位,应特别应特别讲究表面加工方法讲究表面加工方法,愈采用高愈采用高 s sb 材料材料,愈重要。愈重要。提高构件表层材料的强度、改善表层应力状况，提高构件表层材料的强度、改善表层应力状况，例如渗碳、渗氮、高频淬火、表层滚压与喷丸等。例如渗碳、渗氮、高频淬火、表层滚压与喷丸等。第21页/共24页2250mm(a)30mm(d)材料和表面加工质量相同的圆轴，直径如图所示，在相同的对称循环交变材料和表面加工质量相同的圆轴，直径如图所示，在相同的对称循环交变载荷作用下，寿命最长的通常是载荷作用下，寿命最长的通常是 。Aa 轴轴 Bb 轴轴 Cc 轴轴 Dd 轴轴答：答：A80mm50mm(b)50mm(c)R第22页/共24页23作业作业17-1，2第23页/共24页Page24感谢您的观看！第24页/共24页