第十七章 疲劳

第十七章疲劳Page1第17章疲劳本章主要研究：循环应力与疲劳的概念材料的疲劳强度构件的疲劳强度与分析计算提高构件疲劳强度的措施第十七章疲劳Page2目录§1引言§2循环应力及其类型§3S-N曲线与材料的疲劳极限§4影响构件疲劳极限的主要因素第十七章疲劳Page3§1引言循环应力疲劳破坏及其特点第十七章疲劳Page4循环应力实例载荷F的大小循环变化,联杆内应力随之变化每个齿随齿轮转动循环受力，齿内应力循环变化第十七章疲劳Page5zAAIMysinzMRtI起落架因飞机起落而反复受载（载荷不变,轴转动）第十七章疲劳Page6循环应力－随时间循环变化的应力（也称交变应力）循环应力的变化幅度，可能是恒定的,也可能是变化的循环应力恒幅循环应力变幅循环应力第十七章疲劳Page7疲劳破坏在循环应力作用下，材料或构件产生可见裂纹或完全断裂的现象－称为疲劳破坏，简称疲劳在循环应力作用下，如果应力足够大，并经历应力的多次循环后，构件将产生可见裂纹或完全断裂第十七章疲劳Page8疲劳破坏特点钢拉伸疲劳断裂破坏时应力低于b甚至s即使是塑性材料，也呈现脆性断裂断口通常呈现光滑与粗粒状两个区域断疲劳破坏过程，可理解为裂纹萌生、逐渐扩展与最后断裂的过程第十七章疲劳Page9§2循环应力及其类型恒幅循环应力描述恒幅循环应力的类型第十七章疲劳Page10恒幅循环应力描述恒幅循环应力较常见，也是分析变幅循环应力问题的基础两种描述方式：最大应力max与最小应力min平均应力m与应力幅a2minmaxm2minmaxa第十七章疲劳Page11恒幅循环应力的类型maxminr循环应力变化特点，影响材料与构件的疲劳强度－应力比或循环特征对称循环应力脉动循环应力1maxmaxmaxmin＝r00max＝r非对称循环应力－所有r-1的循环应力第十七章疲劳Page12O100t(秒)6020(MPa)例2：恒幅循环应力变化曲线如图所示，其应力幅和循环特征（应力比）分别为,。A．80MPa，5B．40MPa，1/5C．40MPa，5D．80MPa，1/5答：B例1：r=1是什么性质的应力？答：静载产生的应力。第十七章疲劳Page13一个应力循环tmaxminma已知：r=-1/6，a=70MPa求：m讨论：maxminm,,,,ar中有几个独立变量？2minmaxm2minmaxamaxminr答：2个，因为第十七章疲劳Page14一个应力循环tmaxminma已知：循环特征r=-1/6，应力幅a=70MPa求：平均应力mminminmaxmax,rrmaxminmax(1)22armaxmin22,11aarrrmaxmin121marr11/6705011/6MPa解：第十七章疲劳Page15§3S-N曲线与材料的疲劳极限疲劳试验S-N曲线与材料疲劳极限第十七章疲劳Page16旋转弯曲疲劳试验采用小尺寸（6~10mm）光滑标准试样（为一等强梁）轴向拉压疲劳试验机第十七章疲劳Page17S-N曲线与材料的疲劳极限S-N曲线应力S（或t）与相应应力循环数（或寿命）N的关系曲线持久极限材料能经受无限次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值bslgN钢r－持久极限第十七章疲劳Page18N0－某指定寿命－材料疲劳极限或条件疲劳极限)0Nr材料的持久极限与疲劳极限，统称为材料的疲劳极限第十七章疲劳Page19§4影响构件疲劳极限的主要因素构件外形的影响构件横截面尺寸的影响构件表面加工质量的影响第十七章疲劳Page20构件外形的影响应力集中促使疲劳裂纹的形成，对构件疲劳强度的影响很大)sc1－存在应力集中试样的疲劳极限1－不存在应力集中试样的疲劳极限)11sc1KR愈小,K愈大；b愈高，应力集中对r的影响愈显著K－有效应力集中因数第十七章疲劳Page21应尽量减小应力集中，特别对于高强度材料构件增大圆角半径减小相连杆段的尺寸差别将必要的孔与沟槽等备置在低应力区采用凹槽与卸荷糟等第十七章疲劳Page22构件横截面尺寸的影响试验：弯、扭疲劳极限随构件横截面尺寸增大而减小1－标准试样的疲劳极限)d1－大尺寸试样的疲劳极限)11d1直径d愈大,r降低愈多；b愈高，截面尺寸对r的影响愈大,t－尺寸因数)11d1ttt第十七章疲劳Page23构件表面加工质量的影响最大应力发生在构件表层，构件表面又常存在各种缺陷，故构件表面加工质量与表层状况对疲劳强度存在影响))111磨削某种加工方法表面加工质量愈低,r降低愈多；b愈高，加工质量对r的影响愈大－表面质量因数对于重要构件,尤其存在应力集中的部位,应特别讲究表面加工方法,愈采用高b材料,愈重要。提高构件表层材料的强度、改善表层应力状况，例如渗碳、渗氮、高频淬火、表层滚压与喷丸等。第十七章疲劳Page2450mm(a)30mm(d)材料和表面加工质量相同的圆轴，直径如图所示，在相同的对称循环交变载荷作用下，寿命最长的通常是。A．a轴B．b轴C．c轴D．d轴答：A80mm50mm(b)50mm(c)R第十七章疲劳Page25作业17-1，2