文档介绍：有些材料在工作时,其所受的外力不随时间而变化,这时其内部的应力大小不变,称为静应力;还有一些材料,其所受的外力随时间呈周期性变化,这时内部的应力也随时间呈周期性变化,称为交变应力。材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时,破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大,这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料,应力集中将大大降低构件的强度,这在构件的设计时应特别注意
强度极限;ultimate strength 物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力,也可称为破坏强度或破坏应力。
应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。
为便于分析研究,常按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类:①高循环疲劳(高周疲劳)。作用于零件、构件的应力水平较低,破坏循环次数一般高于104~105的疲劳,弹簧、传动轴等的疲劳属此类。②低循环疲劳(低周疲劳)。作用于零件、构件的应力水平较高,破坏循环次数一般低于104~105的疲劳,如压力容器、燃气轮机零件等的疲劳。
循环应力在工程上引起的疲劳破坏的应力或应变有时呈周期性变化,有时是随机的。在疲劳试验中人们常常把它们简化成等幅应力循环的波形,并用一些参数来描述。图1中σmax 和σmin 是循环应力的最大和最小代数值;γ=σmin/σmax是应力比;σm=(σmax+σmin)/2是平均应力;σa=(σmax-σmin)/2 是应力幅。当σm=0时,σmax与σmin的绝对值相等而符号相反,γ=-1,称为对称循环应力;当σmin=0时,γ=0称为脉动循环应力;当r=+1时,即σmin=σmax时,应力不随时间变化,称为静应力;
指应力状态,
单轴是指只有一个方向主应力,
多轴指两个以上的主应力同时存在,
多轴应力状态又分比例多轴情况和非比例多轴情况
正向应力与剪应力
同截面垂直的称为正应力或法向应力,同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长,对于某一种材料,应力的增长是有限度的,超过这一限度,材料就要破坏。对某种材料来说,应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低,规定出材料能安全工作的应力最大值,这就是许用应力。材料要想安全使用,在使用时其内的应力应低于它的极限应力,否则材料就会在使用时发生破坏。
结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类:高周疲劳是当载荷的循环(重复)次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此,应力通常比材料的极限强度低,应力疲劳(Stress-based)用于高周疲劳;低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳(strain-based)应该用于低周疲劳计算。
    在设计仿真中,疲劳模块拓展程序(Fatigue Module add-on)采用的是基于应力疲劳(stress-based)理论,它适用于高周疲劳。接下来,我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。
恒定振幅载荷
    在前面曾提到,疲劳是由于重复加载引起:
    当最大和最小的应力水平恒定时,称为恒定振幅