疲勞與斷裂第二章應(yīng)力疲勞2ppt課件

1、應(yīng)力疲勞應(yīng)力疲勞: Smax104， 也稱高周疲勞。也稱高周疲勞。應(yīng)變疲勞應(yīng)變疲勞: SmaxSy， Nf104， 也稱低周應(yīng)變疲勞。也稱低周應(yīng)變疲勞。 應(yīng)力水平應(yīng)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，“破壞定義為：破壞定義為： 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(yīng)變降。延性材料或可測的應(yīng)變降。延性材料應(yīng)力應(yīng)力 s s應(yīng)變應(yīng)變 e eSyo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，進行疲勞試，進行疲勞

2、試驗，可得到驗，可得到S-N曲線。曲線。S103104105106107NfSNS103104105106107NfSNSf m與與C是與材料、應(yīng)力比、加載方式等是與材料、應(yīng)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間有對數(shù)線性關(guān)系；間有對數(shù)線性關(guān)系；參數(shù)參數(shù) A=LgC/m, B=-1/m。Lg S34567Lg NSf考慮疲勞極限考慮疲勞極限SfSf，且當，且當S S趨近于趨近于SfSf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 S=A+B lg N （半對數(shù)線性關(guān)系）（半對數(shù)線性關(guān)系） S34

3、567Lg NSf500500100015002008000 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 f( (供初步設(shè)計參考供初步設(shè)計參考) )Lg S34567Lg N120SuSfStR=-1R=-1/3R=0SmSa不變，不變，R or Sm；N ；N不變，不變，R or Sm；SN ;SNSm0aR增大SS-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， Sm，Sa； SmSu。Ha

4、igh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。GerberGoodman 2. 估計對稱循環(huán)下的基本估計對稱循環(huán)下的基本S-N曲線：曲線： Sf(tension)=0.35Su=420 MPa 若基本若基本S-N曲線用冪函數(shù)式曲線用冪函數(shù)式 SmN=C 表達，那表達，那么么 m=3/lg(0.9/k)=7.314 ； C=(0.9Su)m103=1.5361025 4. 估計構(gòu)件壽命估計構(gòu)件壽命 對稱循環(huán)對稱循環(huán)(Sa=568.4, Sm=0)條件下的壽命，可條件下的壽命，可由基本由基本S-N曲線得到，即曲線得到，即 N

5、=C/Sm=1.5361025/568.47.314=1.09105 (次次) 3. 循環(huán)應(yīng)力水平等壽命轉(zhuǎn)換循環(huán)應(yīng)力水平等壽命轉(zhuǎn)換 利用基本利用基本S-N曲線估計疲勞壽命，需將實際工曲線估計疲勞壽命，需將實際工作循環(huán)應(yīng)力水平作循環(huán)應(yīng)力水平, 等壽命地轉(zhuǎn)換為對稱循環(huán)下的應(yīng)等壽命地轉(zhuǎn)換為對稱循環(huán)下的應(yīng)力水平力水平Sa(R=-1)，由，由Goodman方程有：方程有： (Sa/Sa(R=-1)+(Sm/Su)=1 可解出：可解出： Sa(R=-1)=568.4 MPaS-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1D且有：且有： k=1 (45線線)時，時， Sm=Sa， R=0; k= (90線

6、線)時，時， Sm=0， R=-1; k=0 ( 0線線) 時，時， Sa=0， R=1;kh作作 DCOA ，DC是是R的坐標線，如何標定？的坐標線，如何標定？S-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1Dh對任一點對任一點A，有，有 Sin=Sa/OA, cos=Sm/OA 由由AOC可知：可知：S1=OC=OASin(45-) =( )OA(Sm-Sa)/OA =( )Smin2/22/2ASS-10 C SDa aS 2-101RSaSm1uR R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-2000200400600200400600200400S /M

7、PamS /MPaaS /MPaS /MPaminS S /MPa/MPamaxS S /MPa/MPamax 7075-T6 7075-T6 鋁合金等壽命疲勞圖鋁合金等壽命疲勞圖600400200N=106N=105N=104N=107N=104, R=0.2Sm=330Sa=220Smax=550Smin=110R R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-2000200400600200400600200400S /MPamS /MPaaS /MPaS /MPaminS S /MPa/MPamaxS S /MPa/MPamax 7075-T6 7075-T6

8、 鋁合金等壽命疲勞圖鋁合金等壽命疲勞圖600400200N=106N=105N=104N=107R=0.2N=104, Sa=220, lgSa=2.342N=105, Sa=180, lgSa=2.255 N=106, Sa=150, lgSa=2.176 N=107, Sa=130, lgSa=2.114 Lg S34567Lg N2.12.22.3SmaxSmaxddDD彎 曲拉 伸 載荷、尺寸不同時的 高應(yīng)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(yīng)力的大小和材料抵作用應(yīng)力的大小和材料抵抗疲勞破壞的能力。抗疲勞破壞的能力。400700100013001.00.80.60.

9、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10104 410105 510106 610107 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拉伸平均應(yīng)力拉伸平均應(yīng)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） 噴丸噴丸冷軋冷軋再見！謝謝！實際零構(gòu)件實際零構(gòu)件 缺口缺口 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 疲勞性能下降。疲勞性能下降。典型載荷塊：典型載荷塊：“10

10、0100起落起落”，“萬公里萬公里”，“年等。年等?？傋V是典型塊的重復(fù)。總譜是典型塊的重復(fù)。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陸載荷譜分實測譜和設(shè)計譜。載荷譜分實測譜和設(shè)計譜。設(shè)計壽命期內(nèi)的設(shè)計壽命期內(nèi)的載荷總譜。載荷總譜。SS1S2S30nnD0n1D1N1ABAB確定載荷譜，選取擬用的應(yīng)力水平；確定載荷譜，選取擬用的應(yīng)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(yīng)力水平計算在應(yīng)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(yīng)降低應(yīng)力水平或縮短

11、使用壽命。，則應(yīng)降低應(yīng)力水平或縮短使用壽命。解：解： 假定載荷假定載荷P時的應(yīng)力水平為時的應(yīng)力水平為Si=200MPa。 由由S-N曲線得到曲線得到Ni, 計算損傷計算損傷Di，列入表中。，列入表中。可知，若取可知，若取S=200MPa, D=1.751,發(fā)生疲勞破壞。發(fā)生疲勞破壞。再取再取S=150MPa, 算得：算得： D=0.981, 可達設(shè)計壽命?？蛇_設(shè)計壽命。載荷載荷Pi ni(106) P 0.05 0.8P 0.1 0.6P 0.5 0.4P 5.0 總損傷總損傷 D= Di= ni/Ni=1.75Si (MPa) 200 160 120 80Di=ni/Ni0.0800.102

12、0.2881.280Ni (106) 0.625 0.976 1.736 3.30615012090601.1111.7363.0866.9440.0450.0580.1620.7190.98設(shè)由使用經(jīng)驗知構(gòu)件在設(shè)由使用經(jīng)驗知構(gòu)件在B譜下的壽命為譜下的壽命為NB，那么：，那么：Nn NQBiiBB()DnNiiNn NQAiiAA()待求的另一相似構(gòu)件在待求的另一相似構(gòu)件在A譜下的壽命為譜下的壽命為NA，又有：，又有：NQn NNn Nn NAAABBA ()( / ) /( / )許多改進設(shè)計，可以借鑒過去原型的使用經(jīng)驗；許多改進設(shè)計，可以借鑒過去原型的使用經(jīng)驗；間接考慮了載荷譜型、作用次序

13、及材料分散性的間接考慮了載荷譜型、作用次序及材料分散性的影響；故相對影響；故相對MinerMiner理論預(yù)測精度好，應(yīng)用廣泛。理論預(yù)測精度好，應(yīng)用廣泛。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St0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最大峰或從最大峰或谷處起止。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。ABCDEFGHIJA024-2-4tSABCDEFGHIJA024-2-4S第一次雨流第一次雨流BCEFGHIJE024-2-4SB第二次雨流第二次雨流FGIJ

14、024-2-4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, SmS, Sm。刪除雨滴流過部分，對剩余歷程重復(fù)雨流計數(shù)。刪除雨滴流過部分，對剩余歷程重復(fù)雨流計數(shù)。ABCDEFGHIJA024-2-4S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(fù)，只需考慮重復(fù)次數(shù)即可。典型段計數(shù)后的重復(fù)，只需考慮重復(fù)次數(shù)即可。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，等損傷轉(zhuǎn)換條件為：表示時，等損傷轉(zhuǎn)換條件為： n2=n1