疲勞和斷裂第二講

1、12應力疲勞應力疲勞: Smax104， 也稱也稱高周疲勞高周疲勞。應變疲勞應變疲勞: SmaxSy， Nf104， 也稱也稱低周低周應變應變疲勞。疲勞。 應力水平（應力水平（S）用）用R和和Sa描述。描述。 壽命（壽命（N）為到破壞的循環(huán)次數(shù)。）為到破壞的循環(huán)次數(shù)。 研究裂紋萌生壽命，研究裂紋萌生壽命，“破壞破壞”定義為：定義為： 1.標準小尺寸試件斷裂。標準小尺寸試件斷裂。 脆性材料脆性材料 2.出現(xiàn)可見小裂紋出現(xiàn)可見小裂紋, 或可測的應變降。延性材料或可測的應變降。延性材料應力應力 s s應變應變 e eSyo3用一組標準試件，在用一組標準試件，在R=-1下，下，施加不同的施加不同的Sa

2、，進行疲勞試，進行疲勞試驗，可得到驗，可得到S-N曲線。曲線。S103104105106107NfSN4S103104105106107NfSNSf5 m與與C是與材料、應力比、加載方式等是與材料、應力比、加載方式等有關(guān)的參數(shù)。有關(guān)的參數(shù)。 二邊取對數(shù)，有二邊取對數(shù)，有: lg S=A+B lgN S-N間有間有對數(shù)線性對數(shù)線性關(guān)系；關(guān)系；參數(shù)參數(shù) A=LgC/m, B=-1/m。Lg S34567Lg NSf6考慮疲勞極限考慮疲勞極限S Sf f，且當，且當S S趨近于趨近于S Sf f時，時，N N。二邊取對數(shù)后成為：二邊取對數(shù)后成為： S=A+B lg N （半對數(shù)線性關(guān)系）（半對數(shù)線性

3、關(guān)系） S34567Lg NSf7500500100015002008000 0AB旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎彎曲曲疲疲勞勞極極限限S MPaf f 材料極限強度材料極限強度S MPauS /S =0.5S /S =0.5fuS =700S =700f f89( (供初步設計參考供初步設計參考) )Lg S34567Lg N120SuSf10StR=-1R=-1/3R=0SmSa不變不變，R or Sm ；N ；N不變不變，R or Sm ；SN ;SNSm0aR增大11SS-1aSuSmN=104N=107Sa/S-110 1 Sm/Su N=107 Haigh 圖如圖，在等壽命線上，如圖，在等壽命線上，

4、Sm ，Sa ； Sm Su。Haigh圖圖: (無量綱形式無量綱形式)N=107, 當當Sm=0時，時，Sa=S-1； 當當Sa=0時，時，Sm=Su。GerberGoodman12SmaxSmaxddDD彎 曲拉 伸 載荷、尺寸不同時的 高應力區(qū)域體積拉彎 疲勞破壞主要取決于疲勞破壞主要取決于作用應力的大小和材料抵作用應力的大小和材料抵抗疲勞破壞的能力。抗疲勞破壞的能力。1314400700100013001.00.80.60.40.20表表面面光光潔潔度度系系數(shù)數(shù)抗拉強度抗拉強度 (Mpa)鏡面拋光精磨熱軋鍛造鹽水腐蝕機械加工151610104 410105 510106 610107

5、7NS500500400400300300200200150150鍍鎳+噴丸噴丸+鍍鎳基材鍍鎳 鍍鎳、噴丸對疲勞性能的影響鍍鎳、噴丸對疲勞性能的影響1718拉伸平均應力拉伸平均應力 大截面尺寸大截面尺寸表面粗造表面粗造 鍍鉻和鍍鎳鍍鉻和鍍鎳鍛造或熱軋脫碳鍛造或熱軋脫碳19滲氮滲氮 硬化處理硬化處理碳化（滲碳）碳化（滲碳） 噴丸噴丸冷軋冷軋20實際零構(gòu)件實際零構(gòu)件 缺口缺口 應力集中應力集中 疲勞性能下降。疲勞性能下降。212223典型載荷塊典型載荷塊：“100100起落起落”，“萬公里萬公里”，“年年”等。等。SN(起落次數(shù)起落次數(shù))100200某飛機主輪轂實測載荷譜滑行滑行滑行拐彎拐彎著陸著

6、陸載荷譜分實測譜和設計譜。載荷譜分實測譜和設計譜。設計壽命期內(nèi)的設計壽命期內(nèi)的載荷總譜載荷總譜。SS1S2S30n24nD0n1D1N12526ABAB27確定載荷譜，選取擬用的應力水平；確定載荷譜，選取擬用的應力水平；選用適合構(gòu)件使用的選用適合構(gòu)件使用的S-NS-N曲線；曲線；計算在應力水平計算在應力水平Si下循環(huán)下循環(huán)ni次的損傷：次的損傷： Di=ni/Ni；計算總損傷計算總損傷 D= ni/Ni；若若D1，則應降低應力水平或縮短使用壽命。，則應降低應力水平或縮短使用壽命。28設設由使用經(jīng)驗知由使用經(jīng)驗知構(gòu)件在構(gòu)件在B譜下的壽命為譜下的壽命為NB，則：，則：Nn NQBiiBB()DnN

7、iiNn NQAiiAA()待求的另一相似構(gòu)件待求的另一相似構(gòu)件在在A譜下的壽命為譜下的壽命為NA，又有：，又有：29：1.1.是構(gòu)件相似，主要是疲勞破壞發(fā)生的高應力區(qū)是構(gòu)件相似，主要是疲勞破壞發(fā)生的高應力區(qū) 幾何相似；幾何相似；2.2.載荷譜相似，主要是載荷譜型（次序）相似，載荷譜相似，主要是載荷譜型（次序）相似， 載荷大小可以不同。載荷大小可以不同。NQn NNn Nn NAAABBA ()( / ) /( / )許多許多改進設計，改進設計，可以可以借鑒過去原型借鑒過去原型的使用經(jīng)驗；的使用經(jīng)驗；間接考慮了間接考慮了載荷譜型、作用次序及材料分散性載荷譜型、作用次序及材料分散性的的影響；影響

8、；故相對故相對MinerMiner理論預測精度好，應用廣泛理論預測精度好，應用廣泛。303132恒幅載荷恒幅載荷隨機載荷譜？隨機載荷譜？變幅載荷變幅載荷Miner計數(shù)法計數(shù)法載荷載荷0t正變程正變程負變程負變程峰峰谷谷 相鄰峰、谷點載荷值之差。有正、負變程相鄰峰、谷點載荷值之差。有正、負變程 斜率改變符號斜率改變符號 之處。之處。3334St0典型譜段典型譜段雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法要求典型段要求典型段從從最大峰或最大峰或谷處起止。谷處起止。01122雨流計數(shù)典型段雨流計數(shù)典型段不失一般性。不失一般性。35ABCDEFGHIJA024-2-4tSABCDEFGHIJA024-2-4S第一次雨流第一

9、次雨流BCEFGHIJE024-2-4SB第二次雨流第二次雨流FGIJ024-2-4第三次雨流第三次雨流FI記下流過的最大峰、谷值，為一循環(huán)，讀出記下流過的最大峰、谷值，為一循環(huán)，讀出 S, Sm。刪除雨滴流過部分，對剩余歷程重復雨流計數(shù)。刪除雨滴流過部分，對剩余歷程重復雨流計數(shù)。36ABCDEFGHIJA024-2-4S第一次雨流第一次雨流BCEFGHIJE024-2-4SB第二次雨流第二次雨流FGIJ024-2-4第三次雨流第三次雨流FI雨流計數(shù)結(jié)果雨流計數(shù)結(jié)果循環(huán)循環(huán)變程變程均值均值EHE70.5BCB4 1ADA90.5FGF3-0.5IJI2-1雨流計數(shù)是二參數(shù)計數(shù)，結(jié)果均為全循環(huán)。雨流計數(shù)是二參數(shù)計數(shù)，結(jié)果均為全循環(huán)。典型段計數(shù)后的重復，只需考慮重復次數(shù)即可。典型段計數(shù)后的重復，只需考慮重復次數(shù)即可。37若轉(zhuǎn)換時若轉(zhuǎn)換時 R不變，不變， N1、N2可用相同的可用相同的S-N曲線曲線 SmN=C 表示時，表示時，等損傷轉(zhuǎn)換條件等損傷轉(zhuǎn)換條件為：為： n2=n1(N2/N1)=n1(S1/S2)m. 計數(shù)后的多級載荷，如何簡化到有限的載荷級？計數(shù)后的多級載荷，如何簡化到有限的載荷級？不同載荷間轉(zhuǎn)換的原則不同載荷間轉(zhuǎn)換的原則: