十五章疲劳强度问题.pptx

材料力学（工程力学部分）疲劳强度问题

结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力（alternativestress）作用下发生的失效，称为疲劳失效，简称为疲劳（fatigue）。对于矿山、冶金、动力、运输机械以及航空航天等工业部门，疲劳是零件或构件的主要失效形式。统计结果表明，在各种机械的断裂事故中，大约有80％以上是由于疲劳失效引起的。因此，对于承受交变应力的设备，疲劳分析在设计中占有重要的地位。疲劳强度已从经典的无限寿命设计发展到现代的有限寿命设计和可靠性分析。累积损伤理论为解决疲劳寿命问题提供了重要基础及工程计算方法。零件、构件以至设备的寿命、可靠性等已成为国内外市场上产品竞争的重要指标。这一部分的主要内容包括：疲劳失效的主要特征与失效原因简述；疲劳极限及其影响因素；线性累积损伤理论以及有限寿命和无限寿命的疲劳强度设计方法等。疲劳强度问题

?循环应力与疲劳破坏?疲劳极限与应力－寿命曲线?影响疲劳寿命的因素?基于有限寿命设计方法的疲劳强度目录疲劳强度问题

传动轴的疲劳失效（破坏）循环应力与疲劳破坏疲劳强度问题

弹簧的疲劳失效疲劳强度问题

疲劳源弹簧的疲劳失效疲劳强度问题

弹簧的疲劳失效疲劳强度问题

飞机的疲劳失效疲劳强度问题

交变应力－一点的应力若随时间而变化，这种应力称为交变应力或循环应力(alternativestress)疲劳失效（破坏）－材料与构件在交变应力作用下的失效（破坏），称为疲劳失效(fatiguefailure),简称疲劳(fatigue)。疲劳强度问题

承受交变应力作用的构件或零部件，大部分都在规则或不规则变化的应力作用下工作。ttt疲劳强度问题

最大应力最小应力平均应力应力幅值交变应力的若干名词和术语疲劳强度问题

应力比－应力循环中最小应力与最大应力之比疲劳强度问题

对称循环－应力比r=-1的应力循环疲劳强度问题

脉冲循环－应力比r=0的应力循环疲劳强度问题

疲劳失效特征与失效原因分析破坏时，名义应力值远低于材料的静载强度极限；破坏前没有明显的塑性变形，即使韧性很好的材料，也会呈现脆性断裂；交变应力作用下的疲劳破坏需要经过一定数量的应力循环；同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状区域。疲劳强度问题

?同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状区域。颗粒状区域光滑区域疲劳强度问题

初始裂纹晶界滑移带疲劳强度问题

初始缺陷滑移滑移带初始裂纹(微裂纹)宏观裂纹脆性断裂宏观裂纹扩展疲劳破坏过程疲劳强度问题

S-N曲线与材料的疲劳极限疲劳强度设计的依据疲劳极限－经过无穷多次应力循环而不发生疲劳失效时的最大应力值。又称为持久极限(endurancelimit).疲劳极限由疲劳实验确定.疲劳极限－疲劳强度问题

疲劳试验装置疲劳试样疲劳强度问题

实际结构疲劳试验装置疲劳强度问题

应力－寿命曲线（S-N曲线）疲劳强度问题

O每一应力水平有一组试样的数据疲劳强度问题

条件疲劳极限对于有渐近线的S－N曲线，规定经历107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受无穷多次应力循环。对于没有渐近线的S－N曲线，规定经历2×107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受无穷多次应力循环。疲劳强度问题

影响构件疲劳极限的主要因素前面介绍了光滑小试样的疲劳极限，并不是零件的疲劳极限，零件的疲劳极限则与零件状态和工作条件有关。零件状态包括应力集中、尺寸、表面加工质量和表面强化处理等因素；工作条件包括载荷特性、介质和温度等因素。其中载荷特性包括应力状态、应力比、加载顺序和载荷频率等。?构件外形的影响－有效应力集中因数Kσ,Kτ?零件尺寸的影响－尺寸因数ε?表面加工质量的影响－表面质量因数β疲劳强度问题

在构件或零件截面形状和尺寸突变处（如阶梯轴轴肩圆角、开孔、切槽等),局部应力远远大于按一般理论公式算得的数值，这种现象称为应力集中。显然，应力集中的存在不仅有利于形成初始的疲劳裂纹，而且有利于裂纹的扩展，从而降低零件的疲劳极限。在弹性范围内，应力集中处的最大应力（又称峰值应力）与名义应力的比值称为理论应力集中因数。用Kt表示构件外形的影响疲劳强度问题

零件尺寸对疲劳极限的影响用尺寸因数度量：式中，?-1和(?-1)d分别为试样和光滑零件在对称循环下的疲劳极限。上式也适用于剪应力循环的情形。疲劳强度问题

表面加工质量的影响－表面质量因数零件承受弯曲或扭转时，表层应力最大，对于几何形状有突变的拉压构件，表层处也会出现较大的峰值应力。因此，表面加工质量将