文档介绍：材料的疲劳性能
§5-1疲劳破坏的一般规律
§5-2疲劳破坏的机理
§5-3疲劳抗力指标
§5-4影响材料及机件疲劳强度的因素
§5-5热疲劳
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工件在变动载荷和应变长期作用下,因累积损伤而引起的断裂现象,称为疲劳。
由于变动载荷和应变是导致疲劳破坏的外动力,所以应该先对其进行了解。变动载荷是指载荷大小,甚至方向随时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力,可分为规则周期变动应力(或称循环应力)和无规则随机变动应力两种,可用应力-时间曲线描述,如图5-l所示。
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一般机件承受的变动应力多为循环应力。循环应力是周期性变化的应力,变化的波形有正弦波、矩形波和三角波等。其中最常见的为正弦波。
表征应力循环特征的参量有:
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一、疲劳破坏的变动应力
按照应力幅和平均应力的相对大小,循环应力有以下几种类型,如图5-2所示:
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一般机件承受的变动应力多为循环应力,是周期性变化的应力。表征应力循环特征的参量有:
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1. 疲劳破坏的概念
疲劳破坏过程是材料内部薄弱区域的组织在变动应力作用下,逐渐发生变化和损伤累积、开裂,当裂纹扩展达到一定程度后发生突然断裂的过程,是一个从局部区域开始的损伤累积,最终引起整体破坏的过程。
疲劳破坏是循环应力引起的延时断裂,其断裂应力水平往往低于材料的抗拉强度,甚至低于其屈服强度。机件疲劳失效前的工作时间称为疲劳寿命,疲劳断裂寿命随循环应力不同而改变。
应力高,机件寿命短;应力低,寿命长。当应力低于材料的疲劳强度时,寿命可无限长。
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2. 疲劳破坏的特点
疲劳破坏与静载或一次性冲击加载破坏相比较,具有以下特点:
(1)该破坏是一种潜藏的突发性破坏,在静载下显示韧性或脆性破坏的材料,在疲劳破坏前均不会发生明显的塑性变形,呈脆性断裂,易引起事故造成经济损失。
(2)疲劳破坏属低应力循环延时断裂,对于疲劳寿命的预测就显得十分重要和必要。
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(3)疲劳对缺陷(缺口、裂纹及组织)十分敏感,即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中,加大对材料的损伤作用;组织缺陷(夹杂、疏松、白点、脱碳等),将降低材料的局部强度,二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。
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(4)可按不同方法对疲劳形式分类。
接应力状态分:有弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳反复合疲劳;
按应力高低和断裂寿命分:有高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳的断裂寿命(N)较长,断裂应力水平较低,又称低应力疲劳,为常见的材料疲劳形式;低周疲劳的断裂寿命较短,断裂应力水平较高,常称为高应力疲劳或应变疲劳。
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