第三講 應(yīng)力疲勞

第三講應(yīng)力疲勞材料循環(huán)性能描述回顧按循環(huán)應(yīng)力作用的大小，疲勞可分為應(yīng)力疲勞和應(yīng)變疲勞應(yīng)力疲勞：最大循環(huán)應(yīng)力Smax小于屈服應(yīng)力Sy壽命一般較高（>104），高周疲勞應(yīng)變疲勞：最大循環(huán)應(yīng)力Smax大于屈服應(yīng)力Sy（材料屈服后應(yīng)變變化較大而應(yīng)力變化較小，故一般以應(yīng)變?yōu)榭刂茀⒘浚勖话爿^低（<104），低周疲勞材料應(yīng)力疲勞特性1．S-N曲線評價(jià)和估算疲勞壽命或強(qiáng)度需建立外荷載與壽命之間的關(guān)系。反映外加應(yīng)力S和疲勞壽命N之間關(guān)系的曲線稱為S-N曲線。基本S-N曲線在最簡單的荷載譜－恒幅循環(huán)應(yīng)力作用下，R=-1時(shí)（對稱恒幅荷載）實(shí)驗(yàn)給出的應(yīng)力－壽命關(guān)系曲線2．S-N曲線的一般形狀材料的S-N曲線一般由實(shí)驗(yàn)得到用一組標(biāo)準(zhǔn)試件在給定應(yīng)力比和應(yīng)力幅作用下，記錄相應(yīng)的壽命所得到的曲線。104106~7SbSf104106~7SbSfLCFHCFSFSmaxNSN三段：低周疲勞區(qū)（LCF），高周疲勞區(qū)（HCF）和亞可疲勞區(qū)義（陶S腦F濁）。煎由端S-尾N位曲線確定浸的對戒應(yīng)于壽鹿命總N任的應(yīng)力稱陰為壽抵命面為儲N施次循環(huán)的池疲勞強(qiáng)應(yīng)度啞S嗓N比。捧N=1/墾4癥對應(yīng)材料垃的靜拉伸姜強(qiáng)曾度檢S合b頂，激N=10鳳6~7筑對應(yīng)的疲享勞強(qiáng)度為萄疲勞極盤限粗S枕f芬。特別地侵，澡R=潮1晃的疲勞極詞限記愛為填S遵1赴。舉在蔑HC減F惑區(qū)創(chuàng)，燭S-統(tǒng)N貢曲線在對項(xiàng)數(shù)坐標(biāo)系姻上近似為牌直線。同S-由N舉曲線的數(shù)鈴學(xué)表達(dá)盞1巡）指數(shù)函亦數(shù)式情α糟和逆C挺為材料常犧數(shù)。兩邊貿(mào)取對數(shù)有得套A望=lg宵C兇和罷B=它-穿α貸lg壤e丙為材料常芹數(shù)。指數(shù)譽(yù)函數(shù)搶的則S-撞N歷關(guān)系在半蘭對數(shù)坐標(biāo)熔系上為直弊線。招2噴）冪函數(shù)牲式（最?？捎玫男问酱ǎ┕姆令}糖兩邊取對立數(shù)有：救荷愧師冪函數(shù)祝的途S-評N蘿關(guān)系在對泰數(shù)坐標(biāo)系沉上為直線罪。衰3煙）四Weib背ul舍l席公式扎α丸和濫C庭為材料常俗數(shù)雕，程S攝af敲為理論應(yīng)啄力疲勞極許限幅值版。慮Weib伴ul創(chuàng)l強(qiáng)公式包含虛疲勞極限努，墊即編S蓋趨坐于旗S睜af蕉時(shí)殘N篇趨于無窮包大。元4萌）三參數(shù)例公式詞α賢和爭C塞為材料常寒?dāng)?shù)覆，錯S殃f桑為應(yīng)力疲蛇勞極限。產(chǎn)3指．平均應(yīng)槽力的影響袋反映材料彼疲勞性能言的千S-毛N紹曲線是在瀉給定應(yīng)力鐮比下得出垮的，平均連應(yīng)力RSm<0Sm=0Sm>0NSa嫌在給定應(yīng)且力幅下應(yīng)伸力踐比圖R溜增加，則戀平均應(yīng)力旺增加，有子利于裂紋點(diǎn)的萌生和彈擴(kuò)展，結(jié)龜構(gòu)的疲勞快壽命降低爬。相對于藝基監(jiān)本隸S-優(yōu)N知曲線吳，蜘RSm<0Sm=0Sm>0NSa其S淡m掉<茅0唇時(shí)構(gòu)件的蚊疲勞強(qiáng)度增加。礎(chǔ)在實(shí)際工推程中采用囑在哄應(yīng)力集中暖處或高應(yīng)千力區(qū)引斗入預(yù)壓應(yīng)參力是提高佳結(jié)構(gòu)疲勞汪強(qiáng)度的有株效措施。辛4仰．疲勞極動限秩S學(xué)f剖的近似估蛋計(jì)戚描繪材料梅基本疲勞巧性能妥的能S-趴N切曲線只能涉由實(shí)驗(yàn)得者出。在缺慈乏實(shí)驗(yàn)結(jié)虎果時(shí)可依啦據(jù)材料強(qiáng)汗度蠟S鑼b只作如下簡五單估算供作初步設(shè)計(jì)恢參考。爆1矮）彎曲荷位載作用暗陸貼S當(dāng)f(be六ndin姑g)響=0良.5S請b值仁葉S抹b恭<1鍬400M羞Pa酷輪侄S號f(be智ndin陡g)單=7訓(xùn)00MP啞a扣S會b番>1誰400M喉Pa郊2濾）拉壓荷詳載作用范凝聲S愉f(te喚nsio職n)付=0蟲.7S褲f(be耗ndin很g)主=0.透35S穿b軍3艘）扭轉(zhuǎn)荷宅載作用雙僑武S縣f(to蝶rsio腸n)搭=0沖.577傅S肌f(be歇ndin笛g)撓=0.車29S解b輸脆性材終料帥S難b猴取極限抗勵拉強(qiáng)度，和延性材觀料鑒S晃b流取為屈服逆強(qiáng)度。木5休．無實(shí)驗(yàn)沿?cái)?shù)據(jù)解時(shí)胃S-捎N亦曲線的估鄰計(jì)拔如已知材湊料的疲勞抱極梳限惹S芳f侄和極限強(qiáng)屢度忙S埋b踐，則材料撥的灶S-拴N調(diào)曲線可由掩以下方法柳作偏于保兔守的估計(jì)乒S-滑N擊曲線用冪晴函數(shù)形那式魔S誘α局N=政癥C斑，通常假約定流N=10循3維時(shí)有歌妹敲N=醒10世3懇,到漸疲勞極限郵一般所對嘩應(yīng)的壽命選可達(dá)涼到孔N=10杏7鉤，考慮到帳誤差，作項(xiàng)保守的假仇定爪械州N=季10板6粉,哲董則系數(shù)啊α取、商C塵可求出如花下攻，久老飲以上估計(jì)橡只能用壩于敬10屬3腰<N蛙<1肯0拿6它，不宜外嗓推。SmSaS1SbN=104N=107SmSaS1SbN=104N=107看將不同應(yīng)勿力撐比哀R訂的疲勞燦極限畫瞇在膊S僑a賤S凝m御圖上即為宇疲銅勞極限圖產(chǎn)。維褲護(hù)圖由于實(shí)驗(yàn)映測定疲勞渡極限SmSaGoodman線SR=SmSaGoodman線SR=1SsGerber曲線Soderberg線Sb喝疲勞極限掀圖的經(jīng)驗(yàn)慧模型。哈1謙）疲Gerb衫e李r竹拋物線模怠型舒2狼）猜Good燙ma等n掩直線模型甩3肅）吼Sode候rber濾g夜直線模型憂Sobe踏rber吼g腔模型過于位保守朋，鎖Berb頭e丹r賓模型則偏諒于危險(xiǎn)塑，惱Goog閉ma碧n胃模型則偏徑于保守，正為工程實(shí)朗際中常用圓。紹例：構(gòu)件然受拉壓循艦環(huán)應(yīng)力作錢用豈，丸S校max附=8棟00Mp胞a屠，斯S怎min列=8帥0Mp緩a星，若已知恩材料的極堪限強(qiáng)度想為挖S閘b痕=1淘200M劉p濾a侮，試估算喘其疲勞壽蓄命。賠解更：西1評）確定循物環(huán)應(yīng)力幅軋和平均應(yīng)在力巴譽(yù)日2他）估算對棒稱循環(huán)下色的基餡本媽S-舟N向曲線挪復(fù)勿援拉壓循環(huán)吹應(yīng)力作用脫時(shí)材料的我疲勞極限逝為武摩疊扣若基捏本情S-鈔N貢曲線可由嬌冪函數(shù)表湖示，則有島秘廁3驅(qū)）循環(huán)應(yīng)劑力等壽命廈轉(zhuǎn)換并犯和屯用仔Good必ma眉n拒方程將實(shí)娘際工作循范環(huán)應(yīng)力等木壽命轉(zhuǎn)換捐為對稱循勢環(huán)下的應(yīng)薄力水平疏愚五鳴解出：衫繡哥4理）估計(jì)構(gòu)君件壽命離杠惕逃對稱循環(huán)足下的壽命葛可由基筋本坐S-特N胸曲線得出浸往諸賣即估計(jì)的乓構(gòu)件壽命圣為臨N=1.畏09揮10況5榮次循環(huán)。植7剩．等壽命慘疲勞曲線舉圖未等壽命疲寶勞曲線：凳在殿S啟a接S竭m父平面上將