第五章材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能

1、第五章第五章 材料在變動(dòng)載荷下材料在變動(dòng)載荷下 的力學(xué)性能的力學(xué)性能材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能Company L第五章第五章 材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能5-1 5-1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能5-3 5-3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展5-5 5-5 影響疲勞強(qiáng)度的主要因素影響疲勞強(qiáng)度的主要因素5-6 5-6 低周疲勞低周疲勞5-4 5-4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)一、變動(dòng)載荷和循環(huán)應(yīng)力一、變動(dòng)載荷和循環(huán)應(yīng)力1 1、變動(dòng)載荷（應(yīng)力）、變動(dòng)載

2、荷（應(yīng)力）l定義：定義：是指載荷大小或大小和方向隨時(shí)間按一定是指載荷大小或大小和方向隨時(shí)間按一定規(guī)律呈周期性變化或呈無(wú)規(guī)則隨機(jī)變化的載荷。規(guī)律呈周期性變化或呈無(wú)規(guī)則隨機(jī)變化的載荷。l分類：前者稱為分類：前者稱為周期變動(dòng)載荷周期變動(dòng)載荷或或循環(huán)載荷循環(huán)載荷， 后者稱為后者稱為隨機(jī)變動(dòng)載荷隨機(jī)變動(dòng)載荷。 實(shí)際的工程構(gòu)件承受的載荷多為實(shí)際的工程構(gòu)件承受的載荷多為隨機(jī)變動(dòng)載荷隨機(jī)變動(dòng)載荷，但對(duì)工程材料的疲勞特性分析而言，但對(duì)工程材料的疲勞特性分析而言，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，主要討論主要討論循環(huán)載荷循環(huán)載荷情況。情況。5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特

3、點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)隨機(jī)載荷偶然過(guò)載對(duì)疲勞性能影響很大65.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)2 2、循環(huán)應(yīng)力、循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力的波形一般近似為循環(huán)應(yīng)力的波形一般近似為正弦波正弦波、矩形波矩形波和和三角形波三角形波等等。（1）循環(huán)應(yīng)力的描述）循環(huán)應(yīng)力的描述最大應(yīng)力與最小應(yīng)力：最大應(yīng)力與最小應(yīng)力： max、 min 。l平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：m=1/2（max+min）l應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：a=1/2（max-min）l應(yīng)力比：應(yīng)力比：=min/max75.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)（2 2）循環(huán)應(yīng)力的種類）循環(huán)應(yīng)力的種類85.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞

4、現(xiàn)象及特點(diǎn)95.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)105.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)第五章第五章 材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能三、疲勞現(xiàn)象三、疲勞現(xiàn)象 材料構(gòu)件在材料構(gòu)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變的長(zhǎng)期作用下，的長(zhǎng)期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂的現(xiàn)象由于累積損傷而引起的斷裂的現(xiàn)象疲勞。疲勞。四、疲勞分類 （1）按應(yīng)力狀態(tài)按應(yīng)力狀態(tài) 彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、復(fù)合疲勞等。 （2）按環(huán)境按環(huán)境 腐蝕疲勞、熱疲勞、接觸疲勞等。 （3）按斷裂壽命和應(yīng)力高低按斷裂壽命和應(yīng)力高低 l高周疲勞：斷裂壽命較長(zhǎng)高周疲勞：斷裂壽命較長(zhǎng)（Nf1

5、05周次）,因斷裂應(yīng)力低（ s s ），所以也叫低應(yīng)力疲勞低應(yīng)力疲勞。 l低周疲勞：斷裂壽命較短，低周疲勞：斷裂壽命較短，（ Nf 102105周次），由于斷裂應(yīng)力水平高（ s s），往往伴有塑性變形，故稱為高應(yīng)力疲高應(yīng)力疲勞（或應(yīng)變疲勞）勞（或應(yīng)變疲勞）。5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)13p 高周疲勞：疲勞斷裂壽命不小于105周次的疲勞，應(yīng)力小，彈性范圍。p 低周疲勞：次數(shù)小于104105，應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度，產(chǎn)生塑性變形。 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)接觸疲勞接觸疲勞5.1 5.

6、1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)16五、疲勞的特點(diǎn) （1）斷裂應(yīng)力b b，甚至s s； （2）疲勞是脆性斷裂； （3）對(duì)材料的缺陷（缺口、裂紋和組織缺陷）十分敏感； （4）疲勞破壞能清楚顯示裂紋的萌生和擴(kuò)展，斷裂； （5）存在破壞的臨界應(yīng)力ac；5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)第五章第五章 材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能 疲勞屬疲勞屬低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，其斷裂應(yīng)力水，其斷裂應(yīng)力水平往往平往往b b，甚至，甚至s s； 不產(chǎn)生明顯的塑性變形，呈現(xiàn)突然的脆斷不產(chǎn)生明顯的塑性變形，呈現(xiàn)突然的脆斷。 疲勞斷裂是一種非常危險(xiǎn)的斷裂。疲勞

7、斷裂是一種非常危險(xiǎn)的斷裂。 工程中研究疲勞的規(guī)律、機(jī)理、力學(xué)性能工程中研究疲勞的規(guī)律、機(jī)理、力學(xué)性能指標(biāo)、影響因素等，就具有重要的意義。指標(biāo)、影響因素等，就具有重要的意義。18六、疲勞宏觀斷口的特征 斷口擁有三個(gè)形貌不同的區(qū)域：疲勞源、疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)。 隨材質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)的不同，三個(gè)區(qū)的大小和位置不同。5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)195.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)205.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)1、疲勞源 形成于應(yīng)力集中區(qū)： 1）內(nèi)部缺陷（夾雜物、縮孔、偏析、白點(diǎn)等） 2）加工缺陷（刀痕、微裂紋） 3）不當(dāng)設(shè)計(jì)（截面突然發(fā)生變

8、化） 斷口形貌： 1）疲勞源區(qū)的光亮度最大（因?yàn)橛捎趹?yīng)力交變，斷面不斷摩擦擠壓而光亮） 2）表面硬度有所提高（因?yàn)榧庸び不?3）隨應(yīng)力狀態(tài)及其大小的不同，可有一個(gè)或幾個(gè)疲勞源。222、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（貝紋區(qū)） 1）斷面比較光滑，并分布有貝紋線。循環(huán)應(yīng)力低，材料韌性好，疲勞區(qū)大，貝紋線細(xì)、明顯。 2）貝紋線由載荷變動(dòng)引起的。 3）貝紋線好像一簇以疲勞源為圓心的平行弧線。5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)233、瞬斷區(qū) 一般在疲勞源的對(duì)側(cè)。 脆性材料為結(jié)晶狀斷口； 韌性材料有放射狀或人字紋紋理，邊緣為剪切唇。 5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)242024Al

9、合金疲勞條紋合金疲勞條紋5.1 5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)25p 高周疲勞：疲勞斷裂壽命不小于105周次的疲勞，應(yīng)力小，彈性范圍。p 低周疲勞：次數(shù)小于104105，應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度，產(chǎn)生塑性變形。 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能26 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能一、S-N曲線和疲勞極限27 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能28p S-N曲線（疲勞曲線）曲線（疲勞曲線）p橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)N，縱坐標(biāo)為材，縱坐標(biāo)為材料最大應(yīng)力或應(yīng)力振幅料最大應(yīng)力或應(yīng)力振幅p S-N曲線和

10、疲勞極限曲線和疲勞極限來(lái)表征材料的疲勞特性來(lái)表征材料的疲勞特性和指標(biāo)和指標(biāo) 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能一、S-N曲線和疲勞極限291）由高應(yīng)力段和低應(yīng)力段組成。前者壽命短，后者壽命長(zhǎng)，并且隨應(yīng)力水平下降斷裂循環(huán)周次增加。 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能30 2）對(duì)一般金屬材料（中低強(qiáng)度鋼），當(dāng)循環(huán)應(yīng)力水平降低到某一臨界值時(shí)，低應(yīng)力段變?yōu)樗骄€段，表明當(dāng)所加交變應(yīng)力降低到水平值時(shí)，試樣可承受無(wú)限次（ 107周次以上）應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂，因而將水平部分對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為疲勞極限r(nóng) ，用-1表示； 5-2 5-2 疲勞

11、曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能313）對(duì)于另一類金屬材料（鋁合金、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼等），S-N曲線沒(méi)有水平部分，隨應(yīng)力降低，循環(huán)周次不斷增大，不存在無(wú)限壽命。根據(jù)使用要求給出一定循環(huán)周次（108周次）所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，作為材料的“條件疲勞極限” r . 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能32p 中低強(qiáng)度鋼有明顯的漸近線中低強(qiáng)度鋼有明顯的漸近線p 高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鈦合金沒(méi)用明顯的漸近線高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鈦合金沒(méi)用明顯的漸近線p 評(píng)判斷裂應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)：鑄鐵：評(píng)判斷裂應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)：鑄鐵：107；有色金屬：；有色金屬：108，鈦合，鈦合金：金：107 5-2

12、5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能第五章第五章 材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能34水平段形成原因：水平段形成原因： 應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效強(qiáng)化滑移區(qū)域，使該區(qū)強(qiáng)化滑移區(qū)域，使該區(qū)域強(qiáng)度提高域強(qiáng)度提高正面作用正面作用 塑性滑移和疲勞裂紋生成塑性滑移和疲勞裂紋生成使滑移使滑移區(qū)域承載能力降低區(qū)域承載能力降低累積損傷作累積損傷作用用負(fù)面作用負(fù)面作用兩者平衡，裂紋停止生長(zhǎng)，材料不斷裂兩者平衡，裂紋停止生長(zhǎng)，材料不斷裂 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能352、N曲線的測(cè)定 常用常用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)，有效試樣

13、，有效試樣13根以上。根以上。用升降法測(cè)定用升降法測(cè)定-1再用概率統(tǒng)計(jì)方法再用概率統(tǒng)計(jì)方法處理數(shù)據(jù)。（取可處理數(shù)據(jù)。（取可信度）信度）確定點(diǎn)的位置、連確定點(diǎn)的位置、連線線 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能36 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能37 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能383、不同應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞極限、不同應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞極限 根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，彎曲與拉壓、扭轉(zhuǎn)彎曲與拉壓、扭轉(zhuǎn)疲勞極限疲勞極限之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 鋼：鋼：-1p=0.85-1 鑄鐵：鑄

14、鐵：-1p=0.65-1 銅及輕合金：銅及輕合金：-1=0.55-1 鑄鐵：鑄鐵：-1=0.8-1 其中，其中，-1彎曲對(duì)稱疲勞極限彎曲對(duì)稱疲勞極限，-1p為對(duì)稱為對(duì)稱拉壓疲勞極限拉壓疲勞極限，-1為對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限為對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能第五章第五章 材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能404、疲勞極限與靜強(qiáng)度之間的關(guān)系、疲勞極限與靜強(qiáng)度之間的關(guān)系 金屬材料的抗拉強(qiáng)度越大，其疲勞極限也越大：金屬材料的抗拉強(qiáng)度越大，其疲勞極限也越大：對(duì)對(duì)中低強(qiáng)度鋼，疲勞極限與抗拉強(qiáng)度大體呈線性關(guān)系中低強(qiáng)度鋼，疲勞極限與抗拉強(qiáng)度大體

15、呈線性關(guān)系。1）當(dāng)當(dāng)b較低時(shí)，近似寫(xiě)成較低時(shí)，近似寫(xiě)成-1= 0.5b；2）當(dāng)）當(dāng)b較高時(shí)，發(fā)生偏離較高時(shí)，發(fā)生偏離（強(qiáng)度較高時(shí)材料塑性和強(qiáng)度較高時(shí)材料塑性和斷裂韌性下降，裂紋易于形成和擴(kuò)展斷裂韌性下降，裂紋易于形成和擴(kuò)展）。）。鋼：鋼：-1p=0.23（s+b） -1=0.27（s+b）鑄鐵：鑄鐵：-1p=0.4b -1=0.45b鋁合金：鋁合金：-1p=b/6 +7.5(MPa) -1p=b/6 -7.5(MPa) 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能41 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能42二、不對(duì)稱循環(huán)疲勞極限（r）

16、利用已知的對(duì)稱循環(huán)疲勞極限，用工程作圖法求得各種不對(duì)稱循環(huán)疲勞極限?；蛘卟捎没貧w的公式求得。（1）a amm圖 y軸上的A點(diǎn)；x軸上的C點(diǎn)。其余各點(diǎn)縱、橫坐標(biāo)各代表每一r下疲勞極限a和m，max max = =a+m 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能43 根據(jù)角度，從原點(diǎn)O引直線交曲線于點(diǎn)B，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫、縱坐標(biāo)可求出，再求出maxmax。r tan a、m max 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能44根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：（1）對(duì)大多數(shù)工程合金，）對(duì)大多數(shù)工程合金，Soderberg關(guān)系對(duì)疲勞壽命的關(guān)系對(duì)疲勞壽命的估計(jì)比較

17、保守估計(jì)比較保守。（2）對(duì)脆性金屬，包括高強(qiáng)度鋼，其抗拉強(qiáng)度接近于真實(shí)斷裂應(yīng)力，）對(duì)脆性金屬，包括高強(qiáng)度鋼，其抗拉強(qiáng)度接近于真實(shí)斷裂應(yīng)力，用用Goodman關(guān)系來(lái)描述或估計(jì)疲勞壽命與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。關(guān)系來(lái)描述或估計(jì)疲勞壽命與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。（3）對(duì)塑性材料，用）對(duì)塑性材料，用Geber關(guān)系較好。關(guān)系較好。（2）公式法 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能45（3）maxm 圖u在B點(diǎn)：m=0（r=-1），），a=-1，疲勞極限r(nóng),max=-1;u在A點(diǎn)：m=b（r=1），），a=0，疲勞極限r(nóng),max=b;u在AHB曲線上，應(yīng)力比與角度的關(guān)系為：r ta

18、n 疲勞極限（交點(diǎn)縱坐標(biāo)）疲勞極限（交點(diǎn)縱坐標(biāo)） 5-2 5-2 疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能46三、疲勞缺口敏感性疲勞缺口敏感度qf 0 qf Kthth: K，da/dN，裂紋擴(kuò)展但不快。 I區(qū)所占?jí)勖婚L(zhǎng)。II區(qū)（主要段）K，da/dN較大，裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展，是決定疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的主要段。III區(qū)（最后段）K，da/dN，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。525.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值p 確定Kth為裂紋疲勞不擴(kuò)展的K臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。表示材料組織疲勞裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的性能，其值越大，阻止疲勞裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的能力就越大，材料就越好。p 單位MNm

19、-3/2或MPam1/2pKth與-1的區(qū)別：-1是光滑試樣的無(wú)限壽命疲勞強(qiáng)度，用于傳統(tǒng)的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)和校核；Kth是裂紋試樣的無(wú)限壽命疲勞性能，適合裂紋件的設(shè)計(jì)和校核。 535.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展根據(jù)Kthth的定義建立的裂紋件不疲勞斷裂校核公式K=Y1/21/2Kthth, 裂紋不擴(kuò)展。已知其中兩個(gè)量，可求第三個(gè)量。實(shí)際測(cè)定材料Kthth時(shí)很難做到da/dN=0的情況。因此實(shí)驗(yàn)時(shí)規(guī)定，平面應(yīng)變條件下，da/dN=10-6-610- -7 7mm/周次對(duì)應(yīng)的K來(lái)代替Kthth，稱為工程疲勞門檻值。545.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展paris公式Paris根據(jù)大量試

20、驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了在疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線II區(qū)，da/dN與K關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。 da/dN=c(K)n c、n材料試驗(yàn)常數(shù)，與材料、應(yīng)力比、環(huán)境等因素有關(guān)。顯微組織對(duì)n的影響不大，多數(shù)材料的n值在24之間變化。555.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展565.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素（1）應(yīng)力比r的影響應(yīng)力比r，曲線向左上方移動(dòng)，使da/dN升高，而且在I、III區(qū)的影響比II區(qū)的大。575.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展（2）過(guò)載峰的影響偶然過(guò)載進(jìn)入過(guò)載損傷區(qū)，將使材料受到損傷并降低疲勞壽命，但若過(guò)載適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。在恒載裂紋疲勞擴(kuò)展期內(nèi)，適

21、當(dāng)?shù)倪^(guò)載峰會(huì)使裂紋擴(kuò)展減慢或停滯一段時(shí)間，發(fā)生裂紋擴(kuò)展過(guò)載停滯現(xiàn)象，并延長(zhǎng)疲勞壽命。585.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展（3）顯微組織對(duì)I、III區(qū)的da/dN影響比較明顯。晶粒粗大，Kthth值越高， da/dN值越低；韌性相可使Kthth。鋼的高溫回火的組織鋼的高溫回火的組織韌性好，強(qiáng)度低，其韌性好，強(qiáng)度低，其Kth較高；較高；低溫回火的組織韌性低溫回火的組織韌性差 ， 強(qiáng) 度 高 ， 其差 ， 強(qiáng) 度 高 ， 其Kth較低；較低；中溫回火的中溫回火的Kth則則介于兩者之間。介于兩者之間。300M鋼595.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展三、疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的估算 對(duì)于機(jī)件疲勞

22、剩余壽命的估算，一般先用無(wú)損探傷方法確定機(jī)件初始裂紋尺寸a0、形狀位置和取向，從而確定K的表達(dá)式K=Y1/21/2，再根據(jù)材料的斷裂韌性KIC及工作名義應(yīng)力，確定臨界裂紋尺寸ac，然后根據(jù)由試驗(yàn)確定的疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，最后用積分方法計(jì)算從a0到ac所需的循環(huán)周次，即疲勞剩余壽命Nc。605.3 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋擴(kuò)展常選用paris公式。da/dN=C(K)n n 和 K=Y1/21/2所以：615.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程：裂紋萌生、亞穩(wěn)擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展、斷裂。一、疲勞裂紋的萌生 常將0.050.1mm的裂紋定為疲勞裂紋核。 引起裂紋萌生的原因：顯微開(kāi)裂

23、、不均勻的局部滑移。 主要方式為：表面滑移帶開(kāi)裂；第二相、夾雜物或其界面開(kāi)裂；晶界或亞界面開(kāi)裂。621、滑移帶開(kāi)裂（1）駐留滑移帶 在交變載荷作用下，永留或能再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶，稱為駐留滑移帶。 駐留滑移帶是由材料某薄弱區(qū)域產(chǎn)生的，駐留滑移帶一般只在表面形成，其深度較淺。隨著加載循環(huán)次數(shù)的增加，循環(huán)滑移帶會(huì)不斷地加寬，當(dāng)加寬至一定程度時(shí)，由于位錯(cuò)的塞積和交割作用，便在駐留滑移帶處形成微裂紋。5.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理63（2）擠出峰和侵入溝 滑移帶在表面加寬過(guò)程中，還會(huì)向前或向后移動(dòng)，形成擠出峰和侵入溝。循環(huán)過(guò)程中，峰、溝不斷增加，增高（或變深）。（柯垂耳-赫爾模型）。孿晶處也

24、易出現(xiàn)擠出峰和擠入槽。5.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理5.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理措施：措施：只要能提高材料的滑移抗力（如采用只要能提高材料的滑移抗力（如采用固溶固溶強(qiáng)化強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化等手段）、均可以阻止疲等手段）、均可以阻止疲勞裂紋萌生，提高疲勞強(qiáng)度。勞裂紋萌生，提高疲勞強(qiáng)度。652、相界面開(kāi)裂 兩相（包括第二相、夾雜）間的結(jié)合力差，各相的形變速率不同，易在相結(jié)合處或弱相內(nèi)出現(xiàn)開(kāi)裂。只有首先達(dá)到臨界尺寸的裂紋核，才能繼續(xù)長(zhǎng)大。 改善措施：只要降低第二相或夾雜物的脆性，提高相界面強(qiáng)度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形狀、大小和分布，使之“少、圓、小、勻”，均可抑

25、制或延緩疲勞裂紋在第二相或夾雜物附近萌生，提高疲勞強(qiáng)度。5.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理663、晶界處開(kāi)裂p 晶界就是面缺陷；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)易發(fā)生塞積，出現(xiàn)應(yīng)力集中，晶界開(kāi)裂。p 凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素，如晶界有低熔點(diǎn)夾雜物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氫及晶粒粗化等，均易產(chǎn)生晶界裂紋，降低疲勞強(qiáng)度。5.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理67二、疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程及機(jī)理1、裂紋擴(kuò)展的兩個(gè)階段第一階段：從表面?zhèn)€別侵入溝（或擠出脊）先形成微裂紋，最后裂紋沿主滑移系，以純剪切方式向內(nèi)擴(kuò)展。擴(kuò)展速率很低，僅0.1m的擴(kuò)展量。第二階段：在da/dN的II區(qū)，由于晶界的阻礙作用，使擴(kuò)

26、展方向逐漸垂直于主應(yīng)力方向；擴(kuò)展速率10-5-10-2mm/次。形成疲勞條紋（疲勞輝紋）。一條輝紋就是一次循環(huán)的結(jié)果。5.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理685.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞條帶與貝紋線的區(qū)別：疲勞條帶與貝紋線的區(qū)別：疲勞條帶是疲勞斷口的微觀特征，貝紋線是疲勞斷口的宏疲勞條帶是疲勞斷口的微觀特征，貝紋線是疲勞斷口的宏觀特征觀特征，在相鄰貝紋線之間可能有成千上萬(wàn)個(gè)疲勞條帶。，在相鄰貝紋線之間可能有成千上萬(wàn)個(gè)疲勞條帶。在斷口上二者可以同時(shí)出現(xiàn)，也可以不同時(shí)出現(xiàn)。在斷口上二者可以同時(shí)出現(xiàn)，也可以不同時(shí)出現(xiàn)。692、疲勞裂紋擴(kuò)展模型 裂紋不再擴(kuò)展的過(guò)程，稱為“塑

27、性鈍化” 該模型對(duì)塑性材料的疲勞擴(kuò)展過(guò)程、韌性疲勞條帶的形成過(guò)程是很成功的。 材料的強(qiáng)度越低，裂紋擴(kuò)展越快，條帶越寬。5.4 5.4 疲勞過(guò)程及機(jī)理疲勞過(guò)程及機(jī)理5.5 5.5 影響疲勞強(qiáng)度的因素影響疲勞強(qiáng)度的因素一、材料內(nèi)因 1、化學(xué)成分 成分決定組織和強(qiáng)化效果。 2、顯微組織 相、相間交互作用、夾雜物、晶粒大小 等。 3、治金缺陷 夾雜、疏松、偏析、裂紋，方向性等。二、材料表面狀態(tài)和工件結(jié)構(gòu) 1、表面狀態(tài) 表面粗糙度；表面強(qiáng)化（機(jī)械、熱處理、噴涂、化學(xué)） 2、工件結(jié)構(gòu) 壁厚；壁厚均勻性；表面溝槽等。三、工況因素 1、載荷 載荷的大小和加載方式；加載頻率；加載間歇；次載鍛煉。 2、環(huán)境 溫度

28、；周邊介質(zhì)；應(yīng)力狀況。v低周疲勞（應(yīng)力水平高、循環(huán)周次少）舉例：低周疲勞（應(yīng)力水平高、循環(huán)周次少）舉例：飛機(jī)起落飛機(jī)起落架架、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)、常年陣風(fēng)吹刮的橋梁常年陣風(fēng)吹刮的橋梁。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞v工程構(gòu)件的名義應(yīng)力一般低于材料的屈服應(yīng)力，但工程構(gòu)件的名義應(yīng)力一般低于材料的屈服應(yīng)力，但當(dāng)構(gòu)件上存在缺口或類似缺口的部位時(shí)，則可由應(yīng)當(dāng)構(gòu)件上存在缺口或類似缺口的部位時(shí)，則可由應(yīng)力集中而使其局部區(qū)域接近甚至進(jìn)入了彈塑性狀態(tài)力集中而使其局部區(qū)域接近甚至進(jìn)入了彈塑性狀態(tài)。v隨著設(shè)計(jì)思想的改進(jìn)，隨著設(shè)計(jì)思想的改進(jìn)，在某些情況下，對(duì)構(gòu)件只要在某些情況下，對(duì)構(gòu)件只要求有限壽命，

29、可允許有較大的承載求有限壽命，可允許有較大的承載，從而使構(gòu)件處，從而使構(gòu)件處于應(yīng)變控制的疲勞過(guò)程。于應(yīng)變控制的疲勞過(guò)程。v因此，因此，金屬在交變載荷作用下，由于塑性應(yīng)變的循金屬在交變載荷作用下，由于塑性應(yīng)變的循環(huán)作用所引起的疲勞破壞稱為低周疲勞（或塑性疲環(huán)作用所引起的疲勞破壞稱為低周疲勞（或塑性疲勞、應(yīng)變疲勞）勞、應(yīng)變疲勞）。 5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞v低周疲勞的交變應(yīng)力水平較高，低周疲勞的交變應(yīng)力水平較高， max一般接近或一般接近或超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，但加載頻率較低，且疲勞超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，但加載頻率較低，且疲勞壽命較短，一般只有壽命較短，一般只有102105周次。亦稱周次。亦稱

30、高應(yīng)力高應(yīng)力疲勞疲勞。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞74一、低周疲勞的特點(diǎn)一、低周疲勞的特點(diǎn) 1 1、局部產(chǎn)生、局部產(chǎn)生宏觀塑性宏觀塑性變形變形，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈非線性。非線性?？倯?yīng)變總應(yīng)變 t t= = e e+ + p p5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞5.6.1 低周疲勞概述低周疲勞概述752 2、要、要用用 t t/2N/2N或或 p p /2N /2N描敘疲勞規(guī)律描敘疲勞規(guī)律 低周疲勞試驗(yàn)時(shí)，或者控制低周疲勞試驗(yàn)時(shí)，或者控制總應(yīng)變范圍總應(yīng)變范圍，或者，或者控制控制塑性應(yīng)變范圍塑性應(yīng)變范圍，在給定的，在給定的 t t或或 p p下測(cè)定疲下測(cè)定疲勞壽命。勞壽命。 試驗(yàn)

31、結(jié)果處理不用試驗(yàn)結(jié)果處理不用S-NS-N曲線，要用曲線，要用 t t/2N/2N或或 p p/2N/2N描敘疲勞規(guī)律。描敘疲勞規(guī)律。 t t/2/2和和 p p /2 /2分別表分別表示為示為總應(yīng)變幅總應(yīng)變幅和和塑性應(yīng)變幅塑性應(yīng)變幅。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞763 3、裂紋成核期、裂紋成核期短短，有，有多多個(gè)裂紋源；斷口呈韌窩狀、個(gè)裂紋源；斷口呈韌窩狀、輪胎花樣狀。輪胎花樣狀。p 由于應(yīng)力比較大，低周疲勞裂紋容易形核，形核期由于應(yīng)力比較大，低周疲勞裂紋容易形核，形核期只占?jí)勖闹徽級(jí)勖?0%10%。p 微觀斷口的微觀斷口的疲勞條帶較粗，間距較寬，并且常常不疲勞條帶較粗，間距較寬，并且

32、常常不連續(xù)連續(xù)。在某些金屬材料中，應(yīng)力循環(huán)周次小于。在某些金屬材料中，應(yīng)力循環(huán)周次小于9090時(shí)，時(shí)，斷口呈韌窩狀；大于斷口呈韌窩狀；大于100100次時(shí)，出現(xiàn)輪胎花樣。次時(shí)，出現(xiàn)輪胎花樣。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞774 4、疲勞壽命取決于塑性應(yīng)變幅。、疲勞壽命取決于塑性應(yīng)變幅。區(qū)別：區(qū)別：p 不同點(diǎn)：高周疲勞壽命取決于應(yīng)力幅或應(yīng)力不同點(diǎn)：高周疲勞壽命取決于應(yīng)力幅或應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍。強(qiáng)度因子范圍。p 相同點(diǎn)：都是循環(huán)塑性變形累積損傷的結(jié)果。相同點(diǎn)：都是循環(huán)塑性變形累積損傷的結(jié)果。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞二、循環(huán)硬化和循環(huán)軟化二、循環(huán)硬化和循環(huán)軟化v在低周疲勞的循環(huán)加載初期，材料

33、對(duì)循環(huán)加載在低周疲勞的循環(huán)加載初期，材料對(duì)循環(huán)加載的響應(yīng)是一個(gè)的響應(yīng)是一個(gè)由不穩(wěn)定向穩(wěn)定過(guò)渡由不穩(wěn)定向穩(wěn)定過(guò)渡的過(guò)程。此的過(guò)程。此過(guò)程可分別用應(yīng)力控制下的過(guò)程可分別用應(yīng)力控制下的 t 曲線曲線或應(yīng)變或應(yīng)變控制下的控制下的 t 曲線曲線描述。描述。v材料對(duì)循環(huán)加載的材料對(duì)循環(huán)加載的初始響應(yīng)過(guò)程初始響應(yīng)過(guò)程可表現(xiàn)為可表現(xiàn)為循環(huán)循環(huán)硬化硬化或或循環(huán)軟化循環(huán)軟化。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞應(yīng)力控制下的材料循環(huán)特性應(yīng)力控制下的材料循環(huán)特性 應(yīng)變控制下的材料循環(huán)特應(yīng)變控制下的材料循環(huán)特性性5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞v循環(huán)硬化是材料在循環(huán)過(guò)程中變形抗力不斷提循環(huán)硬化是材料在循環(huán)過(guò)程中變形抗力不斷

34、提高高（恒定應(yīng)變范圍條件下）（恒定應(yīng)變范圍條件下）、應(yīng)變逐漸減小、應(yīng)變逐漸減?。ê愣☉?yīng)力范圍條件下）（恒定應(yīng)力范圍條件下）的現(xiàn)象；的現(xiàn)象；v循環(huán)軟化是材料在循環(huán)過(guò)程中變形抗力不斷減循環(huán)軟化是材料在循環(huán)過(guò)程中變形抗力不斷減小?。ê愣☉?yīng)變范圍條件下）（恒定應(yīng)變范圍條件下）而應(yīng)變逐漸增加而應(yīng)變逐漸增加（恒定應(yīng)力范圍條件下）（恒定應(yīng)力范圍條件下）的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。危險(xiǎn)危險(xiǎn)!v在循環(huán)硬化和循環(huán)軟化兩種情況下，相應(yīng)的滯在循環(huán)硬化和循環(huán)軟化兩種情況下，相應(yīng)的滯后回線都不閉合，只有經(jīng)過(guò)一定周次后才形成后回線都不閉合，只有經(jīng)過(guò)一定周次后才形成封閉滯后回線。封閉滯后回線。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞5.6 5.

35、6 低周疲勞低周疲勞p 材料在低周疲勞過(guò)程中，由于材料在低周疲勞過(guò)程中，由于塑性應(yīng)變塑性應(yīng)變的作用，的作用，在一個(gè)完在一個(gè)完全的循環(huán)加載下其應(yīng)力應(yīng)變曲線必然形成一個(gè)滯后回線全的循環(huán)加載下其應(yīng)力應(yīng)變曲線必然形成一個(gè)滯后回線。p 但在加載初期，材料可能因循環(huán)硬化和循環(huán)軟化而使滯后但在加載初期，材料可能因循環(huán)硬化和循環(huán)軟化而使滯后環(huán)并不封閉。環(huán)并不封閉。在繼續(xù)循環(huán)中，這種不穩(wěn)定過(guò)程會(huì)逐步趨于穩(wěn)在繼續(xù)循環(huán)中，這種不穩(wěn)定過(guò)程會(huì)逐步趨于穩(wěn)定，最終使滯后環(huán)封閉。定，最終使滯后環(huán)封閉。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞40CrNiMo鋼的鋼的循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線低于低于單次應(yīng)力單次應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)

36、變曲線，表明這種鋼，表明這種鋼具有具有循環(huán)軟化現(xiàn)象循環(huán)軟化現(xiàn)象；反；反之，若材料的循環(huán)應(yīng)力之，若材料的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線高于它的單次應(yīng)變曲線高于它的單次應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線時(shí)，則表應(yīng)變曲線時(shí)，則表明該材料具有循環(huán)硬化明該材料具有循環(huán)硬化現(xiàn)象?，F(xiàn)象。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞p 循環(huán)應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致材料形變抗力發(fā)生變化，使材循環(huán)應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致材料形變抗力發(fā)生變化，使材料的強(qiáng)度變得不穩(wěn)定。料的強(qiáng)度變得不穩(wěn)定。p 特別是由循環(huán)軟化材料制作的機(jī)件，在承受大特別是由循環(huán)軟化材料制作的機(jī)件，在承受大應(yīng)力循環(huán)使用過(guò)程中，將應(yīng)力循環(huán)使用過(guò)程中，將因循環(huán)軟化產(chǎn)生過(guò)量的因循環(huán)軟化產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形而使機(jī)件破壞塑性變形而

37、使機(jī)件破壞。p 因此，因此，承受低周大應(yīng)變的機(jī)件，應(yīng)該選用循環(huán)承受低周大應(yīng)變的機(jī)件，應(yīng)該選用循環(huán)穩(wěn)定或循環(huán)硬化型材料穩(wěn)定或循環(huán)硬化型材料。工程指導(dǎo)意義工程指導(dǎo)意義5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞金屬材料產(chǎn)生循環(huán)硬化還是循環(huán)軟化取決于金屬材料產(chǎn)生循環(huán)硬化還是循環(huán)軟化取決于材料材料的初始狀態(tài)的初始狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性結(jié)構(gòu)特性以及以及應(yīng)變幅應(yīng)變幅和和溫度溫度等。其等。其中，退火狀態(tài)的塑性材料往往表現(xiàn)為循環(huán)硬化，中，退火狀態(tài)的塑性材料往往表現(xiàn)為循環(huán)硬化，而加工硬化的材料則往往表現(xiàn)為循環(huán)軟化。而加工硬化的材料則往往表現(xiàn)為循環(huán)軟化。循環(huán)硬化與循環(huán)軟化的影響因素與劃分依據(jù)循環(huán)硬化與循環(huán)軟化的影響因素與劃分依據(jù)5.

38、6 5.6 低周疲勞低周疲勞（1）b/ s標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)當(dāng)b/ s 1.4時(shí)，表現(xiàn)為循環(huán)硬化；時(shí)，表現(xiàn)為循環(huán)硬化；當(dāng)當(dāng)b/ s 1.2時(shí)，表現(xiàn)為循環(huán)軟化；時(shí)，表現(xiàn)為循環(huán)軟化；當(dāng)當(dāng)b/ s 比值在比值在1.21.4之間的材料，其傾向不定。之間的材料，其傾向不定。一般此類材料比較穩(wěn)定，沒(méi)有明顯的循環(huán)硬化和一般此類材料比較穩(wěn)定，沒(méi)有明顯的循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象。循環(huán)軟化現(xiàn)象。（2）應(yīng)變硬化指數(shù)）應(yīng)變硬化指數(shù)n評(píng)判評(píng)判n0.1時(shí)，材料表現(xiàn)為循環(huán)硬化或循環(huán)穩(wěn)定；時(shí)，材料表現(xiàn)為循環(huán)硬化或循環(huán)穩(wěn)定；n0.1時(shí)，材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化；時(shí)，材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化；5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞循環(huán)硬化產(chǎn)生原因（位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

39、）循環(huán)硬化產(chǎn)生原因（位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）例如：一些退火軟金屬在恒應(yīng)變幅的循環(huán)載荷下，例如：一些退火軟金屬在恒應(yīng)變幅的循環(huán)載荷下，由于由于位錯(cuò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和交互作用，產(chǎn)生了阻礙位錯(cuò)繼位錯(cuò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和交互作用，產(chǎn)生了阻礙位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的阻力，從而產(chǎn)生循環(huán)硬化續(xù)運(yùn)動(dòng)的阻力，從而產(chǎn)生循環(huán)硬化。p 在冷加工后的金屬中，在冷加工后的金屬中，充滿位錯(cuò)纏結(jié)和障礙，這充滿位錯(cuò)纏結(jié)和障礙，這些障礙在加載中被破壞些障礙在加載中被破壞；p 在一定沉淀強(qiáng)化不穩(wěn)定的合金中，由于在一定沉淀強(qiáng)化不穩(wěn)定的合金中，由于沉淀結(jié)構(gòu)沉淀結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載中被破壞在循環(huán)加載中被破壞均可導(dǎo)致循環(huán)軟化。均可導(dǎo)致循環(huán)軟化。三、應(yīng)變?nèi)?、?yīng)變壽命曲線（壽命曲線（N N

40、f f） v一般用一般用總應(yīng)變半幅總應(yīng)變半幅 /2 和和循環(huán)失效的反復(fù)循環(huán)失效的反復(fù)次數(shù)次數(shù) 2Nf 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上表示在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上表示低周疲勞的低周疲勞的疲勞抗力疲勞抗力，其，其應(yīng)變幅（或塑性應(yīng)變幅）是應(yīng)變幅（或塑性應(yīng)變幅）是決定低周疲勞壽命的主要因素決定低周疲勞壽命的主要因素。v經(jīng)驗(yàn)表明，若把經(jīng)驗(yàn)表明，若把總應(yīng)變幅總應(yīng)變幅 分解為分解為彈性應(yīng)彈性應(yīng)變幅變幅 e 和和塑性應(yīng)變幅塑性應(yīng)變幅 p 時(shí)，二者與循環(huán)時(shí)，二者與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系都可以近似用直線表示。次數(shù)的關(guān)系都可以近似用直線表示。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞應(yīng)變應(yīng)變壽命曲線（壽命曲線（ ）fNu 2NT：過(guò)渡壽命過(guò)渡壽命u 在交點(diǎn)左

41、側(cè)（低周疲在交點(diǎn)左側(cè)（低周疲勞范圍），勞范圍），塑性應(yīng)變幅塑性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用起主導(dǎo)作用，材料的疲，材料的疲勞壽命由塑性控制；勞壽命由塑性控制；u 在交點(diǎn)右側(cè)（高周疲在交點(diǎn)右側(cè)（高周疲勞范圍），勞范圍），彈性應(yīng)變幅彈性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用起主導(dǎo)作用，材料的疲，材料的疲勞壽命由強(qiáng)度決定。勞壽命由強(qiáng)度決定。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞 e/22Nf 的關(guān)系：的關(guān)系：bffeNE22Ef 為為2Nf = 1 時(shí)直線的截距，稱為時(shí)直線的截距，稱為疲勞強(qiáng)度系數(shù)疲勞強(qiáng)度系數(shù)。因相當(dāng)于一次加載，故可取因相當(dāng)于一次加載，故可取 f = f (靜拉伸的斷裂靜拉伸的斷裂應(yīng)力應(yīng)力)b為直線的斜率，稱為為直線的斜率，

42、稱為疲勞強(qiáng)度指數(shù)疲勞強(qiáng)度指數(shù)。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞 p / 2 2Nf 的關(guān)系（的關(guān)系（Manson-Coffin經(jīng)驗(yàn)方程）：經(jīng)驗(yàn)方程）：cffpN22 f為為2Nf=1時(shí)直線的截距，稱為時(shí)直線的截距，稱為疲勞塑性系數(shù)疲勞塑性系數(shù)。同理，可以取同理，可以取 f = f (靜拉伸的斷裂應(yīng)變靜拉伸的斷裂應(yīng)變)。c為直線的斜率，稱為為直線的斜率，稱為疲勞塑性指數(shù)疲勞塑性指數(shù)。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞因此，因此， / 2 2Nf 的關(guān)系：的關(guān)系：cffbffpeNNE22222上式可以看成是上式可以看成是S-N曲線和曲線和Manson-Coffin曲線的曲線的疊加。疊加。既反映長(zhǎng)壽

43、命的彈性應(yīng)變既反映長(zhǎng)壽命的彈性應(yīng)變-壽命的關(guān)系，也壽命的關(guān)系，也反映短反映短壽命的塑性應(yīng)變壽命的塑性應(yīng)變-壽命的關(guān)系。壽命的關(guān)系。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞 為了應(yīng)用更為方便，曼森通過(guò)對(duì)為了應(yīng)用更為方便，曼森通過(guò)對(duì)29中金屬材料的試中金屬材料的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，總應(yīng)變幅驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，總應(yīng)變幅 t / 2與疲勞斷裂壽命與疲勞斷裂壽命2Nf之間存之間存在下列關(guān)系，即在下列關(guān)系，即 只要知道材料的靜拉伸性能只要知道材料的靜拉伸性能b、E、ef，就可以求得，就可以求得材料光滑試樣完全對(duì)稱循環(huán)下的地周疲勞壽命曲線。這材料光滑試樣完全對(duì)稱循環(huán)下的地周疲勞壽命曲線。這種預(yù)測(cè)低

44、周疲勞壽命的方法，稱為種預(yù)測(cè)低周疲勞壽命的方法，稱為通用斜率法通用斜率法。 需要注意：需要注意：各種表面強(qiáng)化手段，對(duì)提高低周疲勞壽各種表面強(qiáng)化手段，對(duì)提高低周疲勞壽命均無(wú)明顯效果命均無(wú)明顯效果。高強(qiáng)度材料與延性材料的各高強(qiáng)度材料與延性材料的各個(gè)曲線交點(diǎn)反復(fù)周次大致對(duì)個(gè)曲線交點(diǎn)反復(fù)周次大致對(duì)應(yīng)于應(yīng)于過(guò)渡疲勞壽命過(guò)渡疲勞壽命2NT不同金屬材料的不同金屬材料的 /22Nf 曲線有一個(gè)共同的交點(diǎn)，曲線有一個(gè)共同的交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的lg( /2)約為約為0.01。交點(diǎn)交點(diǎn)左側(cè)左側(cè)，大應(yīng)變量大應(yīng)變量作用下，作用下，延性好延性好的材料的材料壽命長(zhǎng)壽命長(zhǎng)；交點(diǎn)右側(cè)，交點(diǎn)右側(cè)，低幅低幅循環(huán)時(shí)，循環(huán)時(shí)，強(qiáng)度高強(qiáng)度高的材料的材料壽命長(zhǎng)壽命長(zhǎng)。5.6 5.6 低周疲勞低周疲勞過(guò)渡疲勞壽命過(guò)渡疲勞壽命2NT ：v彈性應(yīng)變所造成的損傷與塑性應(yīng)變?cè)斐傻膹椥詰?yīng)變所造成的損傷與塑性應(yīng)變?cè)斐傻膿p傷相等。