結構疲勞西工大

疲勞學研究重復載荷下材料及結構的疲勞強度及疲勞壽命問題。斷裂力學研究帶裂紋體的強度問題。它主要由三部分組成：靜態(tài)斷裂部分、疲勞裂紋擴展部分、斷裂力學部分。疲勞設計方法1、無限壽命設計2、安全壽命設計3、損傷容限設計4、“安全-壽命”和“失效-安全”概念交變載荷的作用造成結構的疲勞破壞有以下基本特征：（1）低應力脆性斷裂的特征。（2）破壞具有局部性。（3）破壞之前要經歷一個疲勞損傷累積的過程。裂紋起始（或成核）、裂紋（穩(wěn)態(tài)）擴展和裂紋失穩(wěn)擴展。（4）疲勞壽命能夠具有極大的分散性。（5）疲勞斷口在宏觀上和微觀上都具有顯著的特征?！捌凇保翰牧匣蚪Y構的某一點或某些點，在承受波動的應力和應變情況下，發(fā)生漸進的、局部的、帶永久性的變化過程。裂紋形核機制可以被分為以下幾類：（1）表面裂紋形核-發(fā)生在材料表面；（2）表面下裂紋形核-發(fā)生在空洞或者位錯塞積處；（3）晶界或異相界面裂紋形核-發(fā)生在晶界空穴或楔形裂紋。裂紋擴展：第1階段的擴展是在最大剪應力方向上（與正應力方向成45。角）第II階段的裂紋擴展，宏觀上看是沿垂直于最大正應力變的方向上擴展，微觀上看則是不斷變化著的。典型的疲勞破壞斷口有三個區(qū)域，按照斷裂過程來分，依次是疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)。交變載荷－－隨時間變化的載荷載荷譜－－交變載荷變化的歷程，是一個統(tǒng)計值應力譜－－所研究結構部位的應力隨時間變化的歷程，稱為應力譜，有時也統(tǒng)稱為載荷譜。疲勞強度是指材料或構件在交變載荷下的強度。R=—1時，持久極限的數(shù)值最小。S-N曲線最常用應力控制加載試驗來測定——軟加載循環(huán)；另一種方法是應變控制加載試驗來測定——硬加載循環(huán)。兩種方法最明顯的區(qū)別在于非對稱循環(huán)加載情況。帶有平均應力的軟加載循環(huán)，在幅值很高時將導致動態(tài)蠕變；帶有平均應變的軟甲在循環(huán)導致應力松弛。S-N曲線的經驗表達式：lgN=a+b-lg（b-A） lgN=a+b-lg（a-A，）a max疲勞類型高周疲勞低周疲勞定義破壞循環(huán)數(shù)大于104?105的疲勞破壞循環(huán)數(shù)小于104?105的疲勞應力低于彈性極限高于彈性極限塑性變形無明顯的宏觀塑性變形有明顯的宏觀塑性變形應力一應變關系線性關系非線性關系設計參量應力應變總應變幅由塑性應變幅￡ap和彈性應變幅￡ae組成，彈性應變幅由虎克定律與應力幅相聯(lián)系，即￡ae=oa/E。a￡=￡+￡ =L(2N)b+￡(2N)cataeapEfffGoodman直線方程:(a、a=a1——a -Q ab丿

例題：拉桿的截面積為0.003m2，在N=106,R=-l時，二一二匯二；匕。材料的拉伸強度極限=二二：九.求平均拉力P=180KN時，保證N=106時破壞的最大拉應力。(W：iaJlJGoodman公式玉十空=1烏氐I0.003二］300 700 —兀=TIMMPa<y+￡T-<7二——加 2“理論應力集中系數(shù)”Kt定義為缺口根部的最夫應力與切面上的名義應力之比（或最大應變與名義應變之比）__%-込喻O——上屈尢百件的痕勞上屈尢百件的痕勞強至娥匚犬百件的痕勞強￡應力集中對疲勞強度的影響可以用疲勞缺口系數(shù)Kf表示二二+二“疲勞強度”均指在對稱循環(huán)下大試樣的疲勞強度極限值。對于塑性較好的材料（如低碳鋼），其Kf低于Kt,但對塑性較差的材料（如高碳鋼），則Kf一般都接近于Kt。這是因為塑性材料在局部應力達到屈服應力時，這些局部地區(qū)將產生塑性變形，從而減輕了應力集中的危害性?！懊舾邢禂?shù)”q：對Kf和Kt之間在數(shù)值上的評價。敏感系數(shù)q在0?1之間變化。 〒疲勞強度隨零件尺寸增大而降低的現(xiàn)象稱為疲勞尺寸影響，亦稱為尺寸效應。尺寸對疲勞強度的影響主要由于以下三個原因：（1） 材料的機械強度性能（包括疲勞性能）隨著材料斷面的增大而降低。強度級別越高的合金剛這種現(xiàn)象越明顯。（2） 零部件的應力梯度是造成尺寸效應的主要原因。如尺寸不同的試件若受力條件相同，而危險點峰值應力相等，則大尺寸零件由于應力梯度小而疲勞強度低，小試件由于應力梯度大而疲勞強度高；（3） 從同一毛坯上取下的不同斷面的試樣，大尺寸試件的疲勞強度低于小試件的。這是因為大尺寸試件含有更多的疲勞損傷源，裂紋萌生的概率就高，從而導致疲勞強度下降。載荷類型：拉壓最嚴重，其次是旋轉載荷，彎曲載荷嚴重程度最小。線性累積損傷理論。Miner假設：（1）一個循環(huán)造成的損傷為：二=[（2）等幅下n次產生的損傷為：-變幅下，I個循環(huán)產生的損傷為：（3）當損傷達到臨界損傷時DcR時，結構破壞，對于隨機載荷，一般可取二二-o修正的線性疲勞累積損傷理論認為：疲勞損傷可以想象為裂紋的累積與聯(lián)合，裂紋成核期很短而接近于零。疲勞損傷與損傷核心數(shù)及裂紋擴展速率有關，損傷核心數(shù)隨應力O的增加而增加，并且只與應力相關；隨著循環(huán)數(shù)的增加，裂紋擴展速率增加。循環(huán)造成的損傷為：-=--■■■-■'m為材料損傷核的數(shù)目；r為損傷擴展速率，與應力O成正比；n為給定的應力作用次數(shù)，d為材料常數(shù)。對于一個載荷序列引起的損傷為二二h■■--■' p為交變載荷的級數(shù)名義應力法基本假定：對于相同材料制成的任意構件，只要應力集中系數(shù)相同，載荷譜相同，則它們的壽命相同。其模型如圖所示。此法中名義應力和應力集中系數(shù)為控制參數(shù)。名義應力法的基本思路是：用真實結構或結構件模擬進行疲勞壽命試驗，獲得真實結構在名義應力下的S-N曲線。然后利用計算得到該部位的名義應力譜及線性累積損傷理論計算結構的疲勞壽命。對結構S-N曲線進行平均應力修正有兩種方法，即插值法和等壽命曲線修正法。a） 如果能夠給出不同載荷比R下的材料S-N曲線，則可以通過對這些曲線進行插值得到每級載荷對應的平均應力下的結構S-N曲線；b） 如果只能給出某一個特定R下的材料S-N數(shù)據(jù)，則可以采用等壽命曲線進行修正。應力嚴重系數(shù)法實際是名義應力法在處理鉚釘、螺栓連接的一種特殊處理技術。用應力嚴重系數(shù)法估算結構細節(jié)的疲勞壽命，其關鍵是