疲勞斷口的主要特點

1、疲勞斷口的主要特點標簽：斷口，主要特點 U祁月 總 回答:1人氣:1提問時間:2010-01-20 14:51答案為便于分析研究，常按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類： 高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平 較低，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于104105的疲勞，彈簧、傳動軸等的疲勞屬此類。低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于 零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于104105的疲勞，如壓力容器、燃氣輪機零件等的疲勞。實踐表 明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進行統(tǒng)計分析，考慮存活率（即可靠度）的問題。具有存活率p （如95%、99%、99.9%）的疲勞壽命Np的含義是：母體（總體）中有

2、p的個體的疲勞壽命大于Np。而破壞概率等于（1 p ）。常規(guī)疲勞試驗得到的S-N曲線是p= 50%的曲線。對應(yīng)于各存活率的p的S-N曲線稱為p-S-N曲線。疲勞fatigue材料、零件和構(gòu)件在循環(huán)加載下，在某點或某些點產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進 一步擴展直到完全斷裂的現(xiàn)象。研究簡史有記載的最早進行疲勞試驗是德國的W.A.艾伯特。法國的J.-V.彭賽列首先論述了疲勞問題并提出疲勞”這一術(shù)語。但疲勞研究的奠基人則是德國的 A.沃勒，他在19世紀5060年代最早得到表征疲勞性能的 S-N曲線并提出疲 勞極限的概念。20世紀50年代P.J.E.福賽思首先觀察到疲勞過程

3、中在滑移帶內(nèi)有金屬薄片擠出的現(xiàn)象。隨后N.湯普孫等人發(fā)現(xiàn)這種滑移帶不易用電解拋光去掉，稱為駐留滑移帶”。后來證明，駐留滑移帶常常成為裂紋源。1924年德國的J.V.帕姆格倫在估算滾動軸承壽命時，假設(shè)軸承的累積損傷與其轉(zhuǎn)動次數(shù)成線性關(guān)系。1945年美國M.A.邁因納明確提出了疲勞破 壞的線性損傷累積理 論，也稱為帕 姆 格倫-邁因納定律，簡稱邁因納定律。此后，斷裂力學(xué)的進展 豐富了傳統(tǒng)疲勞理論的內(nèi)容，促進了疲勞理論的發(fā)展。用概率統(tǒng)計方法處理疲勞試驗數(shù)據(jù)，是20世紀20年代開始的。60,開始了概率統(tǒng)計理論年代后期，概率疲勞分析和設(shè)計從電子產(chǎn)品發(fā)展到機械產(chǎn)品，于是在航空、航天工業(yè)的先導(dǎo)下 在疲勞設(shè)計

4、中的應(yīng)用。循環(huán)應(yīng)力 在工程上引起的疲勞破壞的應(yīng)力或應(yīng)變有時呈周期性變化，有時是隨機的。在疲勞試驗中人們常常把它們簡化成等幅應(yīng)力循環(huán)的波形，并用一些參數(shù)來描述。圖1中omax和omin是循環(huán)應(yīng)力的最大和最小代數(shù)值；丫 = cmin/ <max 是應(yīng)力比；<m =（ <max+ <min ） /2是平均應(yīng)力；oa=（<max <min）/2是應(yīng)力幅。當cm = 0時，omax與<min的絕對值相等而符號相反， 汽11，稱為對稱循環(huán)應(yīng)力；當cmin = 0時，汽0稱為脈動循環(huán)應(yīng)力。曲線S-N曲線中的S為應(yīng)力（或應(yīng)變）水平，N為疲勞壽命。S-N曲線是由試驗測定

5、的，試樣采用標準試樣或?qū)嶋H零 件、構(gòu)件，在給定應(yīng)力比丫的前提下進行，根據(jù)不同應(yīng)力水平的試驗結(jié)果，以最大應(yīng)力omax或應(yīng)力幅 拓為縱坐標，疲勞壽命N為橫坐標繪制S-N曲線（圖2）。當循環(huán)應(yīng)力中的<max小于某一極限值時，試樣可經(jīng)受無限次應(yīng)力循環(huán) 而不產(chǎn)生疲勞破壞，該極限應(yīng)力值就稱為疲勞極限，圖2中S-N曲線水平線段對應(yīng)的縱坐標就是疲勞極限。而左邊斜線段上每一點的縱坐標為某一壽命下對應(yīng)的應(yīng)力極限值，稱為條件疲勞極限。疲勞特征零件、構(gòu)件的疲勞破壞可分為3個階段：微觀裂紋階段。在循環(huán)加載下，由于物體的最高應(yīng)力通常產(chǎn)生于 表面或近表面區(qū)，該區(qū)存在的駐留滑移帶、晶界和夾雜，發(fā)展成為嚴重的應(yīng)力集中點并

6、首先形成微觀裂紋。此后，裂紋 沿著與主應(yīng)力約成45。角的最大剪應(yīng)力方向擴展，裂紋長度大致在 0.05毫米以內(nèi)，發(fā)展成為宏觀裂紋。 宏觀裂紋擴展階 段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴展。 瞬時斷裂階段。當裂紋擴大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時，物體就會在某一次加載下突然斷裂。對應(yīng)于疲勞破壞的3個階段，在疲勞宏觀斷口上出現(xiàn)有疲勞源、疲勞裂紋擴展和瞬時斷裂3個區(qū)（圖3）。疲勞源區(qū)通常面積很小，色澤光亮，是兩個斷裂面對磨造成的；疲勞裂紋擴展區(qū)通常比較平整， 具有表征間隙加載、應(yīng)力較大改變或裂紋擴展受阻等使裂紋擴展前沿相繼位置的休止線或海灘花樣；瞬斷區(qū)則具有靜載 斷口的形貌，表面呈現(xiàn)較粗糙的顆粒

7、狀。掃描和透射電子顯微術(shù)揭示了疲勞斷口的微觀特征，可觀察到擴展區(qū)中每一應(yīng) 力循環(huán)所遺留的疲勞輝紋。疲勞壽命在循環(huán)加載下，產(chǎn)生疲勞破壞所需應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù)。對零件、構(gòu)件出現(xiàn)工程裂紋以前的疲勞壽命稱為 裂紋形成壽命。工程裂紋指宏觀可見的或可檢的裂紋，其長度無統(tǒng)一規(guī)定，一般在0.21.0毫米范圍內(nèi)。自工程裂紋擴展至完全斷裂的疲勞壽命稱為裂紋擴展壽命?？倝勖鼮閮烧咧?。因工程裂紋長度遠大于金屬晶粒尺寸，故可將裂紋 作為物體邊界，并將其周圍材料視作均勻連續(xù)介質(zhì)，應(yīng)用斷裂力學(xué)方法研究裂紋擴展規(guī)律。由于S-N曲線是根據(jù)疲勞試驗直到試樣斷裂得出的，所以對應(yīng)于S-N曲線上某一應(yīng)力水平的疲勞壽命 N是總壽命。

8、在疲勞的整個過程中，塑 性應(yīng)變與彈性應(yīng)變同時存在 。當循環(huán)加載的應(yīng)力水平較低時 ，彈性應(yīng)變起主導(dǎo)作用；當應(yīng)力水平逐漸提高，塑性應(yīng)變 達到一定數(shù)值時，塑性應(yīng)變成為疲勞破壞的主導(dǎo)因素。為便于分析研究，常按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類： 高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較低，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于104105的疲勞，彈簧、傳動 軸等的疲勞屬此類。 低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于104105 的疲勞，如壓力容器、燃氣輪機零件等的疲勞。實踐表明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進行統(tǒng)計分析，考慮存活率（即可靠度）的問題。具有存活率p （如9

9、5%、99%、99.9%）的疲勞壽命Np的含義是：母體（總體）中有p的個 體的疲勞壽命大于Np。而破壞概率等于（1 p ）。常規(guī)疲勞試驗得到的S-N曲線是p= 50%的曲線。對應(yīng)于各存 活率的p的S-N曲線稱為p-S-N曲線。環(huán)境影響某些零件、構(gòu)件是在高于或低于室溫下工作，或在腐蝕介質(zhì)中工作，或受載方式不是拉壓和彎曲而是接觸滾 動等，這些不同的環(huán)境因素可使零件、構(gòu)件產(chǎn)生不同的疲勞破壞。最常見的有接觸疲勞、高溫疲勞、 熱疲勞和腐蝕疲勞。此外，還有微動磨損疲勞和聲疲勞等。 接觸疲勞。零件在高接觸壓應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生的疲勞。經(jīng)多次應(yīng)力循環(huán)后， 零件的工作表面局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落，形成麻點或

10、凹坑。接觸疲勞使零件工作時噪聲增加、振幅增大、溫 度升高、磨損加劇，最后導(dǎo)致零件不能正常工作而失效。在滾動軸承、齒輪等零件中常發(fā)生這種現(xiàn)象。 高溫疲勞。在高溫環(huán)境下承受循環(huán)應(yīng)力時所產(chǎn)生的疲勞。高溫是指大于熔點1/2以上的溫度，此時晶界弱化，有時晶界上產(chǎn)生蠕變空位，因此在考慮疲勞的同時必須考慮高溫蠕變的影響。高溫下金屬的S-N曲線沒有水平部分，一般用107108次循環(huán)下不出現(xiàn)斷裂的最大應(yīng)力作為高溫疲勞極限；載荷頻率對高溫疲勞極限有明顯影響，當頻率降低時，高溫疲勞極限 明顯下降。熱疲勞。由溫度變化引起的熱應(yīng)力循環(huán)作用而產(chǎn)生的疲勞。如渦輪機轉(zhuǎn)子、熱軋軋輾和熱鍛模等，常由于 熱應(yīng)力的循環(huán)變化而產(chǎn)生熱疲

11、勞。腐蝕疲勞。在腐蝕介質(zhì)中承受循環(huán)應(yīng)力時所產(chǎn)生的疲勞。如船用螺旋槳、渦輪機葉 片、水輪機轉(zhuǎn)輪等，常產(chǎn)生腐蝕疲勞。腐蝕介質(zhì)在疲勞過程中能促進裂紋的形成和加快裂紋的擴展。其特點有：S-N曲線無水平段；加載頻率對腐蝕疲勞的影響很大；金屬的腐蝕疲勞強度主要是由腐蝕環(huán)境的特性而定；斷口表面變色等。發(fā)展趨勢飛機、船舶、汽車、動力機械、工程機械 、冶金、石油等機械以及鐵路橋梁等的主要零件和構(gòu)件，大多在循 環(huán)變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗對于設(shè)計各類承受循環(huán)載荷的機械和結(jié)構(gòu)， 成為重要的研究內(nèi)容。疲勞有限壽命設(shè)計中進行壽命估算，必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計算的依據(jù)。由于疲勞壽命的長短取決于所承受的循環(huán)載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗用的載荷譜，再根據(jù) 與各種疲勞相適應(yīng)的損傷模型估算出疲勞壽命。疲勞理論的工程應(yīng)用，經(jīng)歷了從無限壽命設(shè)計到有限壽命設(shè)計，有限壽 命設(shè)計尚處于完善階段。發(fā)展趨勢是： 宏