cllx13-疲勞-交變應(yīng)力

第十二章交變應(yīng)力1.交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力，稱交變應(yīng)力。2.疲勞與疲勞失效

結(jié)構(gòu)的構(gòu)件或機(jī)械、儀表的零部件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象，稱為疲勞失效，簡(jiǎn)稱疲勞。４.疲勞失效的特點(diǎn)與原因簡(jiǎn)述1)

破壞時(shí)的名義應(yīng)力值往往低于材料在靜載作用下的屈服應(yīng)力；2)構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生破壞需要經(jīng)歷一定數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)3)構(gòu)件在破壞前沒(méi)有明顯的塑性變形預(yù)兆，即使韌性材料，也將呈現(xiàn)“突然”的脆性斷裂；4)金屬材料的疲勞斷裂斷口上,有明顯的光滑區(qū)域與顆粒區(qū)域。。疲勞失效的機(jī)理：交變應(yīng)力引起金屬原子晶格的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)聚集，形成分散的微裂紋→微裂紋沿結(jié)晶學(xué)方向擴(kuò)展（大致沿最大剪應(yīng)力方向形成滑移帶）、貫通形成宏觀裂紋→宏觀裂紋沿垂直于最大拉應(yīng)力方向擴(kuò)展，宏觀裂紋的兩個(gè)側(cè)面在交變載荷作用下，反復(fù)擠壓、分開(kāi)，形成斷口的光滑區(qū)→突然斷裂，形成斷口的顆粒狀粗糙區(qū)。疲勞破壞產(chǎn)生的過(guò)程可概括為：裂紋形成裂紋擴(kuò)展斷裂§14-2交變應(yīng)力循環(huán)特征1.應(yīng)力循環(huán)

圖中應(yīng)力大小由a到b經(jīng)歷了一個(gè)全過(guò)程變化又回到原來(lái)的數(shù)值，稱為一個(gè)應(yīng)力循環(huán)。完成一個(gè)應(yīng)力循環(huán)所需的時(shí)間，稱為一個(gè)周期。2.循環(huán)特征或應(yīng)力比

一個(gè)應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值：稱為交變應(yīng)力的循環(huán)特征或應(yīng)力比。3.平均應(yīng)力

4.應(yīng)力幅

恒幅交變應(yīng)力變幅交變應(yīng)力最大應(yīng)力：最小應(yīng)力：；以上五個(gè)特征值中，只有二個(gè)是獨(dú)立的。滿足具體描述一種交變應(yīng)力，可用最大應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力r，或用平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值。

不穩(wěn)定的交變應(yīng)力：、不是常量，為變化的（不等幅情況）。穩(wěn)定的交變應(yīng)力：、均不變，為常數(shù)（等幅情況）；5.對(duì)稱循環(huán)：如受彎的車(chē)軸tt6.非對(duì)稱循環(huán)：7.脈動(dòng)循環(huán)：如齒輪t8.靜應(yīng)力：如拉壓桿t材料的疲勞（持久）極限及其測(cè)定疲勞壽命：材料在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，記作N，與及r有關(guān)。疲勞極限或有限壽命持久極限：材料在規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N下，不發(fā)生疲勞破環(huán)的最大應(yīng)力值，記作。無(wú)限壽命疲勞極限或持久極限：

當(dāng)不超過(guò)某一極限值，材料可以經(jīng)受“無(wú)數(shù)次”應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞，此極限值稱為無(wú)限壽命疲勞極限或持久極限。

值是工程材料最常見(jiàn)、最基本的材料性能指標(biāo)之一。測(cè)定該值的方法為：試件：d=7-10mm，表面磨光的小試件6-10根。機(jī)器：疲勞試驗(yàn)機(jī)（簡(jiǎn)支梁式或懸臂梁式）步驟：先取，經(jīng)過(guò)次循環(huán)后斷裂;再取（比減少20-40MPa），經(jīng)過(guò)次循環(huán)后斷裂;………………如果第七根試件在下經(jīng)歷了次循環(huán)次數(shù)而不斷裂，并且或，則即為該材料的疲勞極限。否則，進(jìn)行下一根試件的試驗(yàn)。

8．持久極限標(biāo)準(zhǔn)試件經(jīng)過(guò)無(wú)窮多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞時(shí)的最大應(yīng)力值，稱為該材料的持久極限。持久極限也稱疲勞極限。9．條件持久極限規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)試件在一定循環(huán)次數(shù)下不破壞時(shí)的最大應(yīng)力，稱為條件持久極限（或名義持久極限）。10.應(yīng)力壽命曲線表示一定循環(huán)特征下標(biāo)準(zhǔn)試件的疲勞強(qiáng)度與疲勞壽命之間關(guān)系的曲線，稱應(yīng)力壽命曲線，也稱S-N曲線。§14-3影響持久極限的因素

1.構(gòu)件外形的影響

構(gòu)件外形的突變（槽、孔、缺口、軸肩等）引起應(yīng)力集中。應(yīng)力集中區(qū)易引發(fā)疲勞裂紋，使持久極限顯著降低2.構(gòu)件尺寸的影響

稱為尺寸系數(shù)

有效應(yīng)力集中系數(shù)

3.構(gòu)件表面質(zhì)量的影響

表面質(zhì)量系數(shù)

§14-4循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算

對(duì)稱循環(huán)下，構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件【例14-1】圖14-1所示圓桿上有一個(gè)沿直徑的貫穿圓孔，不對(duì)稱交變彎矩為。材料為合金鋼,，，，。圓桿表面經(jīng)磨削加工。若規(guī)定安全系數(shù)，，園桿表面經(jīng)磨削加工.試校核此桿的強(qiáng)度。若規(guī)定安全系數(shù)n=2,ns=1.5.【解】（1）計(jì)算圓桿工作應(yīng)力。§14-8提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施

疲勞裂紋主要形成于構(gòu)件表面和應(yīng)力集中部位。提高疲勞強(qiáng)度措施為：1.減緩應(yīng)力集中：設(shè)計(jì)構(gòu)件外形時(shí)，避免方