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材料力学性能第五章材料在交变载荷下的力学行为5.1荷(力)和疲破坏的特征5.2高周疲5.3低周疲5.4疲5.5疲裂5.6疲裂萌生和展机理5.7防止裂纹萌生与扩展的措施
第五章材料在交变载荷下的力学行为5.1荷(力)和疲破坏的特征5.1.1荷(力)及其描述参量荷(力)周期变动载荷:按一定律呈周期性化无随机化的荷随机荷:
特征(1)波形:正弦曲主,还有三角形波、梯形波等(2)(3)平均应力(4)力比R(循的不称程度)5个描述参量√R=-1称循
5.1.2疲破坏特征和断口循环,内部损伤,积累,固有的寿命或塑性耗尽——疲劳积累损伤基本特征:(1)扰动应力(随时间变化的应力)下;(2)源于高应力或高应变的局部;√(3)突发性脆断(无论静载下脆性与否);(3)是一个发展过程裂纹萌生、扩展、断裂,其经历时间为“寿命”。
5.2高周疲√定义:小型荷,疲断裂寿命≥10特点:交力水平于性形范内;试验:5周次的疲既可以控制力,也可以控制方法上控制力容易,高周疲都是在控制力条件下行的;表征:最大力和疲极限寿命N的关系(S-N曲)来表征材料的疲特性和指
?条件疲劳极限出一定循周次(108或5×10周次)7缺口试样疲极限抗能力
5.3低周疲√?一般规律:交变应力很大,低周次(10?采用控制应变的方法,即曲线5)下的破坏?目的:用光滑试样的疲劳数据来预测缺口零件的疲劳寿命i.大多数工程构件都带有缺口,圆孔、拐角等,当其受到周期载荷时,虽然整体上尚处在弹性变形范围,但在应力集中部位的材料已进入塑性变形状态,这时,控制材料疲劳行为的已不是名义应力,而是局部塑性变形区的循环塑性应变;ii.零件缺口处的实际应力不容易计算,而缺口处的真实应变是可以测量;iii.屈服后应变变化大应力变化小;iv.因而凡属低周疲劳问题都用应变控制。低周疲劳也就叫做应变疲劳。
5.3.1滞后回循环载荷下,材料的应力应变响应与单调加载有很大的不同总应变幅包括弹性应变幅和塑性应变幅,即完整的荷循所力-曲成一个封的回,此回称滞后回或滞后。滞后环内的面积代表材料所吸收的塑性变形功高周疲劳
5.3.2循硬化和√循化加载初期,材料对循环加载的响有一个由不定向定渡的程。类似于包申格效应,材料因载荷循环而出现循环硬化或循环软化,初期的滞后环并不封闭。危险!力控制下的材料循特性控制下的材料循特征一般,在控制幅恒定的情况下,原始状的材料,在循加会生塑性形抗力随着加周次增加,是硬化象;反之,原始状度或硬度高的材料,会生形抗力随周次的增加而降低,就是化象。恒定滞后回形状
5.3.3循力-曲循力-:各定滞后回的点的硬化指数,大多数金属材料,=0.1~0.2
5.4√疲由力或力和机械力共同作用下引起疲称。l的杆,两端固定,温度由零上升到T。假杆两端自由,膨系数a,杆的伸由于杆的两端固定,使杆不能自由伸,故以上伸量成杆的形量,其材料的性模量E,温度升高而生的力,即使不加外力,物体也生力。种力称力在零件和构件中生力的原因:(1)零件的膨或冷收受外界的束;(2)两装件之有温差;(3)某一零件中有温度梯度;(4)系数不同的材料相合。
如杆加到温度T后被固定起来,当杆冷却在杆中便生拉力。如2果个力很大,杆就可能生塑性形。当温度冷却到T(TT),112力和相当于点1。如将杆再加到温度T,力-的滞回就达到上的点。若反复施加的温度循,就可画出滞2回1————,最后生疲。
5.5疲裂§快速扩展:临界(失稳)扩展§慢速扩展:亚临界(稳态)扩展v大缺陷可检测v循环载荷下滋生并/或逐渐长大的裂纹更危险
5.5.1力、裂度与疲裂展的关系Paris方程:如果把裂纹扩展的每一微小过程看成是裂纹体小区域的断裂程,则可设想应力强度因子幅度是疲展的控制因子力水平越高,裂展越快。裂尺寸越大,裂展越快√da/dN裂展速率;C、m与材料和境有关的常数适用中等应力强度水平疲劳裂纹扩展
裂纹扩展的全过程双数坐中,da/dN-I区:th,疲裂不展,th疲裂II区:th,裂展速率先快后Paris,估算寿命III区:裂展速率再次加快,K=K,断裂maxIcth控制II区设计?√
5.5.2疲裂展寿命的估算在Paris公式有效范,取,有(m≠2)√(m=2)
5.6疲裂萌生和展机理5.6.1疲裂的萌生√两个滑移系交替作,一个循环周次之后,分别形成一个挤出带和一个侵入沟,随循周次增加,出更凸起,侵入沟更凹1.滑移
2.位错异号位相消,空位聚集成微裂
5.接触表面情况强度(MPa)工厂刚制得受砂子严重冲刷后用酸腐蚀除去表面缺陷后45.514.01750直径6.4mm的玻璃棒,在不同情况下得的度6.加工接触模型
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