第五章材料的疲勞性能

1、第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能1第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能 5-15-1疲勞破壞的一般規(guī)律疲勞破壞的一般規(guī)律5-25-2疲勞破壞的機(jī)理疲勞破壞的機(jī)理5-35-3疲勞抗力指標(biāo)疲勞抗力指標(biāo)5-45-4影響材料及機(jī)件疲勞強(qiáng)度的因素影響材料及機(jī)件疲勞強(qiáng)度的因素5-55-5熱疲勞熱疲勞第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能2 工件在工件在變動(dòng)載荷和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，因累積損傷變動(dòng)載荷和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，因累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象而引起的斷裂現(xiàn)象，稱為，稱為疲勞疲勞。 由于變動(dòng)載荷和應(yīng)變是導(dǎo)致疲勞破壞的外動(dòng)力，由于變動(dòng)載荷和應(yīng)變是導(dǎo)致疲勞破壞的外動(dòng)力，所以應(yīng)該先對(duì)其進(jìn)行了解。所

2、以應(yīng)該先對(duì)其進(jìn)行了解。變動(dòng)載荷變動(dòng)載荷是指是指載荷大小，載荷大小，甚至方向隨時(shí)間變化的載荷甚至方向隨時(shí)間變化的載荷。變動(dòng)載荷在單位面積上。變動(dòng)載荷在單位面積上的平均值稱為變動(dòng)應(yīng)力，可分為規(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)力的平均值稱為變動(dòng)應(yīng)力，可分為規(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)力( (或或稱循環(huán)應(yīng)力稱循環(huán)應(yīng)力) )和無(wú)規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力兩種，可用應(yīng)力和無(wú)規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力兩種，可用應(yīng)力- -時(shí)間曲線描述，如圖時(shí)間曲線描述，如圖5-l5-l所示。所示。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能3第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能4 一般機(jī)件承受的變動(dòng)應(yīng)力多為循環(huán)應(yīng)力。循環(huán)應(yīng)力是一般機(jī)件承受的變動(dòng)應(yīng)力多為循環(huán)應(yīng)力。循環(huán)應(yīng)力是周

3、期性變化的應(yīng)力，變化的波形有正弦波、矩形波和三角周期性變化的應(yīng)力，變化的波形有正弦波、矩形波和三角波等。其中波等。其中最常見的為正弦波最常見的為正弦波。 表征應(yīng)力循環(huán)特征的參量有：表征應(yīng)力循環(huán)特征的參量有：第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能5一、疲勞破壞的變動(dòng)應(yīng)力一、疲勞破壞的變動(dòng)應(yīng)力 按照應(yīng)力幅和平均應(yīng)力的相對(duì)大小，循環(huán)應(yīng)力有以下按照應(yīng)力幅和平均應(yīng)力的相對(duì)大小，循環(huán)應(yīng)力有以下幾種類型，如圖幾種類型，如圖5-25-2所示：所示：第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能6 一般機(jī)件承受的變動(dòng)應(yīng)力多為循環(huán)應(yīng)力，是周期性變一般機(jī)件承受的變動(dòng)應(yīng)力多為循環(huán)應(yīng)力，是周期性變化的應(yīng)力。表征應(yīng)力循環(huán)

4、特征的參量有：化的應(yīng)力。表征應(yīng)力循環(huán)特征的參量有：第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能71. 1. 疲勞破壞的概念疲勞破壞的概念疲勞破壞過(guò)程疲勞破壞過(guò)程是材料內(nèi)部薄弱區(qū)域的組織在變動(dòng)應(yīng)力作是材料內(nèi)部薄弱區(qū)域的組織在變動(dòng)應(yīng)力作用下，逐漸發(fā)生變化和損傷累積、開裂，當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到用下，逐漸發(fā)生變化和損傷累積、開裂，當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到一定程度后發(fā)生突然斷裂的過(guò)程，是一個(gè)從局部區(qū)域開始一定程度后發(fā)生突然斷裂的過(guò)程，是一個(gè)從局部區(qū)域開始的損傷累積，最終引起整體破壞的過(guò)程。的損傷累積，最終引起整體破壞的過(guò)程。疲勞破壞是循環(huán)應(yīng)力引起的延時(shí)斷裂，其斷裂應(yīng)力水平疲勞破壞是循環(huán)應(yīng)力引起的延時(shí)斷裂，其斷裂應(yīng)力水平往

5、往低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于其屈服強(qiáng)度。機(jī)件疲往往低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于其屈服強(qiáng)度。機(jī)件疲勞失效前的工作時(shí)間稱為勞失效前的工作時(shí)間稱為疲勞壽命疲勞壽命，疲勞斷裂壽命隨循環(huán)，疲勞斷裂壽命隨循環(huán)應(yīng)力不同而改變。應(yīng)力不同而改變。應(yīng)力高，機(jī)件壽命短；應(yīng)力低，壽命長(zhǎng)。當(dāng)應(yīng)力低于材應(yīng)力高，機(jī)件壽命短；應(yīng)力低，壽命長(zhǎng)。當(dāng)應(yīng)力低于材料的疲勞強(qiáng)度時(shí)，壽命可無(wú)限長(zhǎng)料的疲勞強(qiáng)度時(shí)，壽命可無(wú)限長(zhǎng)。 第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能82. 2. 疲勞破壞的特點(diǎn)疲勞破壞的特點(diǎn) 疲勞破壞與靜載或一次性沖擊加載破壞相比較，具疲勞破壞與靜載或一次性沖擊加載破壞相比較，具有以下特點(diǎn)：有以下特點(diǎn)： (1)(1)該

6、破壞是一種該破壞是一種潛藏的突發(fā)性破壞潛藏的突發(fā)性破壞，在靜載下顯，在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料，在疲勞破壞前均不會(huì)發(fā)生明示韌性或脆性破壞的材料，在疲勞破壞前均不會(huì)發(fā)生明顯的塑性變形，呈脆性斷裂，易引起事故造成經(jīng)濟(jì)損失。顯的塑性變形，呈脆性斷裂，易引起事故造成經(jīng)濟(jì)損失。 (2)(2)疲勞破壞屬疲勞破壞屬低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，對(duì)于疲勞壽，對(duì)于疲勞壽命的預(yù)測(cè)就顯得十分重要和必要。命的預(yù)測(cè)就顯得十分重要和必要。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能9 (3)(3)疲勞對(duì)疲勞對(duì)缺陷缺陷( (缺口、裂紋及組織缺口、裂紋及組織) )十分敏感十分敏感，即對(duì)缺陷具有高度的選擇性。因?yàn)槿?/p>

7、口或裂紋會(huì)引即對(duì)缺陷具有高度的選擇性。因?yàn)槿笨诨蛄鸭y會(huì)引起應(yīng)力集中，加大對(duì)材料的損傷作用；組織缺陷起應(yīng)力集中，加大對(duì)材料的損傷作用；組織缺陷( (夾雜、疏松、白點(diǎn)、脫碳等夾雜、疏松、白點(diǎn)、脫碳等) )，將降低材料的局部，將降低材料的局部強(qiáng)度，二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發(fā)展。強(qiáng)度，二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發(fā)展。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能10 (4) (4)可按不同方法對(duì)疲勞形式分類?？砂床煌椒▽?duì)疲勞形式分類。 接接應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)分：有彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓分：有彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞反復(fù)合疲勞；疲勞、接觸疲勞反復(fù)合疲勞； 按按應(yīng)力高低和斷裂壽命應(yīng)力

8、高低和斷裂壽命分：有高周疲勞和低周分：有高周疲勞和低周疲勞。高周疲勞的斷裂壽命疲勞。高周疲勞的斷裂壽命(N)(N)較長(zhǎng)，斷裂應(yīng)力水平較長(zhǎng)，斷裂應(yīng)力水平較低，又稱低應(yīng)力疲勞，為常見的材料疲勞形式；較低，又稱低應(yīng)力疲勞，為常見的材料疲勞形式；低周疲勞的斷裂壽命較短，斷裂應(yīng)力水平較高，常低周疲勞的斷裂壽命較短，斷裂應(yīng)力水平較高，常稱為高應(yīng)力疲勞或應(yīng)變疲勞。稱為高應(yīng)力疲勞或應(yīng)變疲勞。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能11三、疲勞斷口的宏觀特征三、疲勞斷口的宏觀特征 如圖如圖5-45-4所示，典型疲勞斷口具有所示，典型疲勞斷口具有3 3個(gè)特征區(qū)個(gè)特征區(qū)- -疲勞源、疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)

9、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能12 疲勞源疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，是疲勞裂紋萌生的策源地，多出現(xiàn)在機(jī)件表多出現(xiàn)在機(jī)件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連。但若。但若材材料內(nèi)部存在嚴(yán)重冶金缺陷料內(nèi)部存在嚴(yán)重冶金缺陷，也會(huì)因局部材料強(qiáng)度降低而，也會(huì)因局部材料強(qiáng)度降低而在機(jī)件內(nèi)部引發(fā)出疲勞源。因疲勞源區(qū)裂紋表面受反復(fù)在機(jī)件內(nèi)部引發(fā)出疲勞源。因疲勞源區(qū)裂紋表面受反復(fù)擠壓，摩擦次數(shù)多，疲勞源區(qū)比較擠壓，摩擦次數(shù)多，疲勞源區(qū)比較光亮，而且因加工硬光亮，而且因加工硬化，該區(qū)表面硬度化，該區(qū)表面硬度會(huì)有所提高。會(huì)有所提高。

10、第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能13 疲勞區(qū)疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展形成的區(qū)域。其宏觀是疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展形成的區(qū)域。其宏觀特征是：特征是：斷口較光滑并分布有貝紋線斷口較光滑并分布有貝紋線( (或海灘花樣或海灘花樣) )，有，有時(shí)還有裂紋擴(kuò)展臺(tái)階時(shí)還有裂紋擴(kuò)展臺(tái)階。 斷口光滑是疲勞源區(qū)的延續(xù)，其程度隨裂紋向前擴(kuò)斷口光滑是疲勞源區(qū)的延續(xù)，其程度隨裂紋向前擴(kuò)展逐漸減弱，反映裂紋擴(kuò)展快慢、擠壓摩擦程度上的差展逐漸減弱，反映裂紋擴(kuò)展快慢、擠壓摩擦程度上的差異。異。貝紋線是疲勞區(qū)的最典型特征，一般認(rèn)為是因載荷貝紋線是疲勞區(qū)的最典型特征，一般認(rèn)為是因載荷變動(dòng)引起的，因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可避免地常有

11、啟動(dòng)、停變動(dòng)引起的，因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可避免地常有啟動(dòng)、停歇、偶然過(guò)載等，均要在裂紋擴(kuò)展前沿線留下弧狀貝紋歇、偶然過(guò)載等，均要在裂紋擴(kuò)展前沿線留下弧狀貝紋線痕跡線痕跡。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能14 瞬斷區(qū)瞬斷區(qū)是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域。該區(qū)的斷是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域。該區(qū)的斷口比疲勞區(qū)粗糙，宏觀特征如同靜載，隨材料性質(zhì)口比疲勞區(qū)粗糙，宏觀特征如同靜載，隨材料性質(zhì)而變。而變。 脆性材料斷口呈結(jié)晶狀；韌性材料斷口，在心脆性材料斷口呈結(jié)晶狀；韌性材料斷口，在心部平面應(yīng)變區(qū)呈放射狀或人字紋狀，邊緣平面應(yīng)力部平面應(yīng)變區(qū)呈放射狀或人字紋狀，邊緣平面應(yīng)力區(qū)則有剪切唇區(qū)存在區(qū)則有剪切唇區(qū)存在

12、。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能15 5-2疲勞破壞的機(jī)理疲勞破壞的機(jī)理一、金屬材料疲勞破壞機(jī)理一、金屬材料疲勞破壞機(jī)理 1. 1.疲勞裂紋的萌生疲勞裂紋的萌生 金屬材料的疲勞過(guò)程也是裂紋萌生和擴(kuò)展的過(guò)程。金屬材料的疲勞過(guò)程也是裂紋萌生和擴(kuò)展的過(guò)程。因變動(dòng)應(yīng)力的循環(huán)作用，裂紋萌生往往在材料薄弱區(qū)或因變動(dòng)應(yīng)力的循環(huán)作用，裂紋萌生往往在材料薄弱區(qū)或高應(yīng)力區(qū)，通過(guò)不均勻滑移、微裂紋形成及長(zhǎng)大而完成。高應(yīng)力區(qū)，通過(guò)不均勻滑移、微裂紋形成及長(zhǎng)大而完成。 疲勞微裂紋疲勞微裂紋由不均勻滑移和顯微開裂引起由不均勻滑移和顯微開裂引起。主要方。主要方式有：表面滑移帶開裂；第二相、夾雜物與基體界面或式有

13、：表面滑移帶開裂；第二相、夾雜物與基體界面或雜質(zhì)本身開裂；晶界或亞晶界處開裂。雜質(zhì)本身開裂；晶界或亞晶界處開裂。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能16 2. 2.疲勞裂紋的擴(kuò)展疲勞裂紋的擴(kuò)展 疲勞裂紋萌生后便開始擴(kuò)展。疲勞裂紋萌生后便開始擴(kuò)展。第第階段是階段是沿著最大切應(yīng)力沿著最大切應(yīng)力方向向內(nèi)擴(kuò)展方向向內(nèi)擴(kuò)展。其中多數(shù)微。其中多數(shù)微裂紋并不繼續(xù)擴(kuò)展，成為不裂紋并不繼續(xù)擴(kuò)展，成為不擴(kuò)展裂紋，只有個(gè)別微裂紋擴(kuò)展裂紋，只有個(gè)別微裂紋可延伸幾十可延伸幾十um(um(即即2525個(gè)晶個(gè)晶粒粒) )長(zhǎng)。長(zhǎng)。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能17 隨即疲勞裂紋便進(jìn)隨即疲勞裂紋便進(jìn)入第入第階

14、段，沿垂直拉階段，沿垂直拉應(yīng)力方向向前擴(kuò)展形成應(yīng)力方向向前擴(kuò)展形成主裂紋，宜至最后形成主裂紋，宜至最后形成剪切唇為止剪切唇為止。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能18二、非金屬材料疲勞破壞機(jī)理二、非金屬材料疲勞破壞機(jī)理 1. 1.陶瓷材料的疲勞破壞機(jī)理陶瓷材料的疲勞破壞機(jī)理 常溫下陶瓷材料的疲勞與金屬有所不同，其含義常溫下陶瓷材料的疲勞與金屬有所不同，其含義更廣：有更廣：有靜態(tài)疲勞、循環(huán)疲勞靜態(tài)疲勞、循環(huán)疲勞和和動(dòng)態(tài)疲勞動(dòng)態(tài)疲勞之分。之分。 其中其中循環(huán)疲勞循環(huán)疲勞與金屬疲勞具有相同含義，同屬在與金屬疲勞具有相同含義，同屬在長(zhǎng)期變動(dòng)應(yīng)力作用下，材料的破壞行為；長(zhǎng)期變動(dòng)應(yīng)力作用下，材料的

15、破壞行為；靜態(tài)疲勞則靜態(tài)疲勞則相當(dāng)于金屬中的延遲斷裂相當(dāng)于金屬中的延遲斷裂，即在一定載荷作用下，材，即在一定載荷作用下，材料可耐受應(yīng)力隨時(shí)間下降的現(xiàn)象；料可耐受應(yīng)力隨時(shí)間下降的現(xiàn)象；動(dòng)態(tài)疲勞是在恒定動(dòng)態(tài)疲勞是在恒定速率加載條件下研究材料斷裂失效對(duì)加載速率的敏感速率加載條件下研究材料斷裂失效對(duì)加載速率的敏感性性。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能19 與金屬材料完全不同的與金屬材料完全不同的疲勞疲勞力學(xué)特性還有：陶力學(xué)特性還有：陶瓷材料常溫時(shí)，在應(yīng)力作用下不發(fā)生或很難發(fā)生塑瓷材料常溫時(shí)，在應(yīng)力作用下不發(fā)生或很難發(fā)生塑性變形，裂紋尖端根本不存在循環(huán)應(yīng)力的疲勞效應(yīng)。性變形，裂紋尖端根本不存在

16、循環(huán)應(yīng)力的疲勞效應(yīng)。因此金屬材料的損傷累積及疲勞機(jī)理對(duì)陶瓷材料并因此金屬材料的損傷累積及疲勞機(jī)理對(duì)陶瓷材料并不適用。不適用。 但但與金屬材料與金屬材料相同相同的是：的是：疲勞破壞也同樣經(jīng)歷疲勞破壞也同樣經(jīng)歷了裂紋萌生、疲勞裂紋擴(kuò)展、瞬時(shí)斷裂的過(guò)程了裂紋萌生、疲勞裂紋擴(kuò)展、瞬時(shí)斷裂的過(guò)程。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能20 疲勞裂紋多萌生于材料表面，對(duì)疲勞裂紋多萌生于材料表面，對(duì)表面材料的缺陷或表面材料的缺陷或裂縫大小十分敏感裂縫大小十分敏感。陶瓷材料疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展速。陶瓷材料疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展速率對(duì)變動(dòng)載荷應(yīng)力幅不度敏感，而是強(qiáng)烈依賴裂紋尖端率對(duì)變動(dòng)載荷應(yīng)力幅不度敏感，而是

17、強(qiáng)烈依賴裂紋尖端的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子，的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子，一旦一旦裂紋尖端裂紋尖端應(yīng)力超過(guò)非線性形應(yīng)力超過(guò)非線性形變起始點(diǎn)，材料強(qiáng)度就大幅度衰減變起始點(diǎn)，材料強(qiáng)度就大幅度衰減。 此外，裂紋擴(kuò)展速率還明顯依賴于環(huán)境、材料成分、此外，裂紋擴(kuò)展速率還明顯依賴于環(huán)境、材料成分、組織結(jié)構(gòu)等，其程度遠(yuǎn)比金屬材料高，擴(kuò)展的壽命過(guò)程組織結(jié)構(gòu)等，其程度遠(yuǎn)比金屬材料高，擴(kuò)展的壽命過(guò)程遠(yuǎn)比金屬材料要短，并呈龜裂狀。遠(yuǎn)比金屬材料要短，并呈龜裂狀。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能21二、非金屬材料疲勞破壞機(jī)理二、非金屬材料疲勞破壞機(jī)理 2. 2.高分子聚合物的疲勞破壞機(jī)理高分子聚合物的疲勞破壞機(jī)理 在拉應(yīng)力作用

18、下，由于在拉應(yīng)力作用下，由于非晶態(tài)聚合物的表面和內(nèi)部非晶態(tài)聚合物的表面和內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)銀紋會(huì)出現(xiàn)銀紋，因此，不同結(jié)構(gòu)的聚合物疲勞破壞機(jī)理也，因此，不同結(jié)構(gòu)的聚合物疲勞破壞機(jī)理也有差異。易產(chǎn)生銀紋的非晶態(tài)聚合物的疲勞破壞過(guò)程主有差異。易產(chǎn)生銀紋的非晶態(tài)聚合物的疲勞破壞過(guò)程主要決定于外加名義應(yīng)力。要決定于外加名義應(yīng)力。 高循環(huán)應(yīng)力時(shí)高循環(huán)應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力很快便達(dá)到或超過(guò)材料銀紋的，應(yīng)力很快便達(dá)到或超過(guò)材料銀紋的引發(fā)應(yīng)力，產(chǎn)生銀紋，并隨之轉(zhuǎn)變成裂紋，擴(kuò)展后導(dǎo)致引發(fā)應(yīng)力，產(chǎn)生銀紋，并隨之轉(zhuǎn)變成裂紋，擴(kuò)展后導(dǎo)致材料疲勞破壞。材料疲勞破壞。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能22 中應(yīng)力循環(huán)中應(yīng)力循環(huán)時(shí)也會(huì)

19、產(chǎn)生銀紋，并轉(zhuǎn)變成裂紋，裂紋擴(kuò)展速時(shí)也會(huì)產(chǎn)生銀紋，并轉(zhuǎn)變成裂紋，裂紋擴(kuò)展速度比高應(yīng)力區(qū)低，但機(jī)理、過(guò)程相同；度比高應(yīng)力區(qū)低，但機(jī)理、過(guò)程相同； 低應(yīng)力循環(huán)低應(yīng)力循環(huán)時(shí)因難以引發(fā)銀紋，由材料微損傷累積及微觀時(shí)因難以引發(fā)銀紋，由材料微損傷累積及微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微孔洞及微裂紋，并導(dǎo)致宏觀破壞。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微孔洞及微裂紋，并導(dǎo)致宏觀破壞。 由于聚合物為粘彈性材料，由于聚合物為粘彈性材料，具有較大面積的應(yīng)力滯后環(huán)，具有較大面積的應(yīng)力滯后環(huán)，所以在循環(huán)過(guò)程中部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，使導(dǎo)熱性差的試所以在循環(huán)過(guò)程中部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，使導(dǎo)熱性差的試樣本身溫度急劇上升，甚至高于熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從樣本身溫度急劇上升

20、，甚至高于熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而產(chǎn)生熱疲勞而產(chǎn)生熱疲勞。熱疲勞常是聚合物疲勞失效的主要原因；但熱疲勞常是聚合物疲勞失效的主要原因；但是，疲勞循環(huán)產(chǎn)生的熱量，有時(shí)也可以用來(lái)修補(bǔ)高分子的微是，疲勞循環(huán)產(chǎn)生的熱量，有時(shí)也可以用來(lái)修補(bǔ)高分子的微結(jié)構(gòu)損傷。結(jié)構(gòu)損傷。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能23二、非金屬材料疲勞破壞機(jī)理二、非金屬材料疲勞破壞機(jī)理 3. 3.復(fù)合材料的疲勞破壞機(jī)理復(fù)合材料的疲勞破壞機(jī)理 與金屬材料相比，復(fù)合材料具有良好的疲勞性能，與金屬材料相比，復(fù)合材料具有良好的疲勞性能，其疲勞破壞有以下特點(diǎn)：其疲勞破壞有以下特點(diǎn)：有多種疲勞損傷形式有多種疲勞損傷形式：如界面脫粘、分

21、層、纖維斷裂、：如界面脫粘、分層、纖維斷裂、空隙增長(zhǎng)?？障对鲩L(zhǎng)。復(fù)合材料不會(huì)發(fā)生瞬時(shí)的疲勞破壞復(fù)合材料不會(huì)發(fā)生瞬時(shí)的疲勞破壞。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能24聚合物基復(fù)合材料承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)，因材料導(dǎo)聚合物基復(fù)合材料承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)，因材料導(dǎo)熱性能差，又可吸收機(jī)械能變?yōu)闊崮?，且不易逸熱性能差，又可吸收機(jī)械能變?yōu)闊崮?，且不易逸散，因此溫度明顯升高，導(dǎo)致材料性能下降，顯散，因此溫度明顯升高，導(dǎo)致材料性能下降，顯示出復(fù)合材料的疲勞性能示出復(fù)合材料的疲勞性能對(duì)加載頻率敏感對(duì)加載頻率敏感。復(fù)合材料的疲勞性能復(fù)合材料的疲勞性能對(duì)應(yīng)變尤其是壓縮應(yīng)變特對(duì)應(yīng)變尤其是壓縮應(yīng)變特別敏感。別敏感。復(fù)合材料的

22、疲勞性能復(fù)合材料的疲勞性能與纖維取向有關(guān)與纖維取向有關(guān)。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能25 5-3疲勞抗力指標(biāo)疲勞抗力指標(biāo) 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，疲勞應(yīng)力判據(jù)和斷裂在機(jī)械設(shè)計(jì)中，疲勞應(yīng)力判據(jù)和斷裂疲勞是疲勞設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，其中作為疲勞是疲勞設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，其中作為材材料疲勞抗力指標(biāo)料疲勞抗力指標(biāo)的的疲勞強(qiáng)度、過(guò)載持久值、疲勞強(qiáng)度、過(guò)載持久值、疲勞缺口敏感度及疲勞裂紋擴(kuò)展速率疲勞缺口敏感度及疲勞裂紋擴(kuò)展速率等都等都是材料的基本力學(xué)性能指標(biāo)。是材料的基本力學(xué)性能指標(biāo)。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能26 5-3疲勞抗力指標(biāo)疲勞抗力指標(biāo) 疲勞強(qiáng)度的定義疲勞強(qiáng)度的定義：在指定疲勞壽命下，

23、材料能承在指定疲勞壽命下，材料能承受的上限循環(huán)應(yīng)力受的上限循環(huán)應(yīng)力。根據(jù)要求，指定的疲勞壽命可為。根據(jù)要求，指定的疲勞壽命可為無(wú)限周次也可為有限周次。無(wú)限周次也可為有限周次。 應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有很大影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)際循環(huán)應(yīng)應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有很大影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)際循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)測(cè)定選用相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度。材料的抗拉強(qiáng)度愈力狀態(tài)測(cè)定選用相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度。材料的抗拉強(qiáng)度愈大，其疲勞強(qiáng)度也愈大。大，其疲勞強(qiáng)度也愈大。一、疲勞強(qiáng)度一、疲勞強(qiáng)度第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能27 5-3疲勞抗力指標(biāo)疲勞抗力指標(biāo) 過(guò)去一直認(rèn)為，對(duì)于承受變動(dòng)載荷的機(jī)件按疲勞過(guò)去一直認(rèn)為，對(duì)于承受變動(dòng)載荷的機(jī)件按疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)是安全的

24、。實(shí)際上，強(qiáng)度設(shè)計(jì)是安全的。實(shí)際上，服役過(guò)程中機(jī)件不可避服役過(guò)程中機(jī)件不可避免要受到偶然的過(guò)載作用，如設(shè)備緊急剎車、突然起免要受到偶然的過(guò)載作用，如設(shè)備緊急剎車、突然起動(dòng)等；又有的機(jī)件并不要求無(wú)限壽命，常在高于疲勞動(dòng)等；又有的機(jī)件并不要求無(wú)限壽命，常在高于疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力下進(jìn)行有限壽命服役強(qiáng)度的應(yīng)力下進(jìn)行有限壽命服役。 顯然僅依據(jù)材料的疲勞強(qiáng)度并不能評(píng)定上述兩種顯然僅依據(jù)材料的疲勞強(qiáng)度并不能評(píng)定上述兩種情況下的材料抗疲勞性能，為此，提出情況下的材料抗疲勞性能，為此，提出過(guò)載持久值過(guò)載持久值和和過(guò)載損傷界過(guò)載損傷界的概念。的概念。二、過(guò)載持久及過(guò)載損傷界二、過(guò)載持久及過(guò)載損傷界第五章第五章 材料的

25、疲勞性能材料的疲勞性能28 1. 1.過(guò)載持久值過(guò)載持久值 材料在高于疲勞強(qiáng)度的一定應(yīng)力下工作，發(fā)生疲材料在高于疲勞強(qiáng)度的一定應(yīng)力下工作，發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次稱為稱為過(guò)載持久值過(guò)載持久值，也稱為，也稱為有限有限疲勞壽命疲勞壽命。 過(guò)載持久值表征了材料對(duì)過(guò)載荷疲勞的抗力，該過(guò)載持久值表征了材料對(duì)過(guò)載荷疲勞的抗力，該值可由疲勞曲線傾斜部分確定。曲線傾斜的愈陡直，值可由疲勞曲線傾斜部分確定。曲線傾斜的愈陡直，持久值就愈高，表明材料在相同的過(guò)載條件下能經(jīng)受持久值就愈高，表明材料在相同的過(guò)載條件下能經(jīng)受的應(yīng)力循環(huán)周次愈多，材料對(duì)過(guò)載荷的抗力愈高。的應(yīng)力循環(huán)周次愈多，材料對(duì)過(guò)載荷的抗力愈高。第五章第五章 材料的疲勞性能材料的疲勞性能292.2.過(guò)載損傷界過(guò)載損傷界 實(shí)際上，機(jī)件往往預(yù)先受