文档介绍：第八章金属的疲劳
金属在循环载荷作用下,即使所受的应力低于屈服强度,也会发生断裂,这种现象称为疲劳。
疲劳断裂,一般不发生明显的塑性变形,难以检测和预防,因而机件的疲劳断裂会造成很大的经济以至生命的损失。
疲劳研究的主要目的:为防止机械和结构的疲劳失效。
绪言
疲劳失效的过程和机制。
介绍估算裂纹形成寿命的方法,以及延寿技术。
介绍一些疲劳研究的新成果。
金属疲劳的基本概念和一般规律。
本章主要介绍
具体目的:
▲精确地估算机械结构的零构件的疲劳寿命,简称定寿,保证在服役期内零构件不会发生疲劳失效;
▲采用经济而有效的技术和管理措施以延长疲劳寿命,简称延寿,从而提高产品质量。
金属在对称循环应力下的疲劳
循环应力是指应力随时间呈周期性的变化,变化波形通常是正弦波,如图8-1所示。
图8-1 各种循环加载
方式的应力-时间图。
循环加载的特征参数
③加载频率f,单位为Hz。还有加载波形,如正弦波,三角波以及其它波形
②   平均应力σm或应力比R
σm=(σmax+σmin)/2
R=σmin /σmax
①   应力幅σa或应力范围Δσ
σa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2,
σmax和σmin分别为循环最大应力和循环最小应力;
循环应力的特征参数:
循环应力分为下列几种典型情况:
(1)交变对称循环,σm=0,R=-1,如图8-1(a)所示。大多数轴类零件,通常受到交变对称循环应力的作用;这种应力可能是弯曲应力、扭转应力、或者是两者的复合。
(2)交变不对称循环,0<σm<σa,-1<R<0,如图8-1(b)所示。结构中某些支撑件受到这种循环应力-大拉小压的作用。
(3)脉动循环,σm=σa,R=0,如图8-1(c)所示。齿轮的齿根和某些压力容器受到这种脉动循环应力的作用。
(4)波动循环,σm>σa,0<R<1,如图8-1(d)所示。飞机机翼下翼面、钢梁的下翼缘以及预紧螺栓等,均承受这种循环应力的作用。
(5)脉动压缩循环、大压小拉循环等等。滚珠轴承受到脉动压缩循环应力,内燃机连秆受到大压小拉循环应力的作用。
图8-3 典型的疲劳寿命曲线
疲劳寿命曲线又称为Wohler曲线****惯上也称作S-N曲线。
从加载开始到试件断裂所经历的应力循环数,定义为该试件的疲劳寿命Nf 。
疲劳寿命曲线
疲劳寿命曲线可以分为三个区:
(1)低循环疲劳(Low Cycle Fatigue)区
在很高的应力下,在很少的循环次数后,试件即发生断裂,并有较明显的塑性变形。一般认为,低循环疲劳发生在循环应力超出弹性极限, 次之间。因此,低循环疲劳又可称为短寿命疲劳。
(2)高循环疲劳(High Cycle Fatigue)区
在高循环疲劳区,循环应力低于弹性极限,疲劳寿命长,Nf>105 次循环,且随循环应力降低而大大地延长。试件在最终断裂前,整体上无可测的塑性变形,因而在宏观上表现为脆性断裂。在此区内,试件的疲劳寿命长,故可将高循环疲劳称为长寿命疲劳。
(3)无限寿命区或安全区
试件在低于某一临界应力幅σac的应力下,可以经受无数次应力循环而不断裂,疲劳寿命趋于无限;即σa≤σac,Nf →∞。故可将σac称为材料的理论疲劳极限或耐久限。在绝大多数情况下,S-N曲线存在一条水平渐近线,其高度即为σac.(见图8-3)。