5-6低周疲勞解析

疲憊壽命為102～105次的疲憊斷裂，稱為低周疲憊。第六節(jié)低周疲憊〔一〕、低周疲憊的特點1、局部產(chǎn)生宏觀變形，應力與應變之間呈非線性，形成滯后回線。σ<σs

塑性疲憊、應變疲憊OABDCEσε

Δεe/2

Δεp

Δεt

Δσ總應變△εt=△εe+△εp一、低周疲憊2、用△εt-N或△εp-N描敘疲憊規(guī)律ΔεpNNσ3、裂紋成核期短(1/10)，有多個裂紋源疲憊條紋粗和寬4、疲憊壽命取決于塑性應變范圍?！捕?、金屬的循環(huán)硬化與循環(huán)軟化1、定義與特點恒應變幅〔塑性應變幅或總應變幅〕循環(huán)加載過程中，材料的形變抗力不斷增加，則稱為循環(huán)硬化；恒應變幅〔塑性應變幅或總應變幅〕循環(huán)加載過程中，材料的形變抗力不斷減小為循環(huán)軟化。應力——應變滯后回線，只有在應力循環(huán)到達肯定周期后，才是閉合的，即：到達循環(huán)穩(wěn)定態(tài)。循環(huán)應力——應變曲線高于單次應力——應變曲線，則是循環(huán)硬化，反之為循環(huán)軟化。2、循環(huán)軟化的危害使材料的形變抗力下降，導致工件產(chǎn)生過量的塑性變形而失效。3、緣由打算于材料的初始狀態(tài)，工件構造特性；應變幅，溫度等。σb/σs＞1.4循環(huán)硬化σb/σs＜1.2循環(huán)軟化微觀緣由：位錯的循環(huán)運動n＞0.1循環(huán)硬化n＜0.1循環(huán)軟化〔三〕、低周疲憊的應變——壽命曲線ΔεtN1、總應變范圍△εt-N曲線△εt/2=△εe/2

+Δεp/2-疲憊強度系數(shù)，≈σf 〔真實斷裂強度〕b-疲憊強度指數(shù)〔-0.05--0.12〕-疲憊塑性系數(shù)，≈e/〔真實斷裂應變〕c-疲憊塑性指數(shù)〔-0.5--0.7〕2Nf-總的應力反向次數(shù),一個循環(huán)周次反向2次ef-斷裂時的真實伸長率,兩不同斜率的曲線疊放，必定會消失一個交點。Nt:過渡壽命提高強度，交點左移；提高塑性，交點右移。強化措施:周數(shù)低的疲憊；↑塑性周數(shù)高的疲憊；↑強度。。lg△εtlg2Nf斜率=-0.6斜率=-0.12NtΔεt△εt/2=△εe/2

+Δεp/2二、沖擊疲憊1、根本概念在重復沖擊載荷作用下的疲憊斷裂，稱為沖擊疲憊。沖擊次數(shù)N>105,具有典型的疲憊斷口。Ak-N沖斷周次lgN沖擊功A(J)101021031041052、影響沖擊疲憊的因素小能量多沖擊主要為強度。較大能量時材料易消失塑性變形，即易消失低周疲憊。能量再大時則沖擊疲憊退居次要地位，應考慮材料的斷裂韌性。主要為塑性。沖斷周次lgN500℃

200℃

沖擊功A(J)10102103104105例如:鍛錘錘桿原用:45Cr鋼淬火+650℃回火改用:45Cr鋼淬火+中溫回火↑強度,↑疲憊壽命三、熱疲憊在由溫度循環(huán)變化時產(chǎn)生的循環(huán)熱應力和熱應變作用下,1、根本概念產(chǎn)生的疲憊稱為熱疲憊。熱疲憊屬低周疲憊〔周期短；明顯塑性變形〕。由溫度和機械應力疊加引起的疲憊，稱為熱機械疲憊。2、熱應力的產(chǎn)生溫度變化+機械約束內(nèi)部約束，溫度梯度，相互約束，產(chǎn)生熱應力。外部約束，不讓材料自由膨脹；溫度變化(△t)引起的應變△ε△ε=α△t熱應力△σ

△σ=-Eα△tα線膨脹系數(shù)3、提高熱疲憊壽命的途徑a〕材料↓熱膨脹系數(shù)α和↑λ，↑塑性b〕使用↓熱沖擊○1050℃

△1150℃

Nt

○○○△△△裂紋長度(mm)0.20.40.60.8120200280淬火溫度對3Cr2W8V鋼熱疲勞性能抗力的影響問題成為：缺口名義應力S,e和彈性應力集中系數(shù)Kt；缺口局部應力s，e?四、缺口機件疲憊壽命估算“若缺口根部承受與光滑件相同的應力應變歷程，則將發(fā)生與光滑件相同的疲勞損傷”?；炯僭O：缺口根部材料元在局部應力s或應變e循環(huán)下的壽命，可由承受同樣載荷歷程的光滑件猜測。PpS=P/(W-d)ts缺口應力集中系數(shù)和應變集中系數(shù)缺口名義應力S；局部應變?yōu)閑，則由應力-應變方程給出。設缺口局部應力為s，局部應變?yōu)閑；假設s＜sys,屬彈性階段，則有：s=KtSe=Kte假設s＞sys,不行用Kt描述。重新定義應力集中系數(shù)：Ks=s/S；應變集中系數(shù)：Ke=e/e則有：s=KsS；e=Kee。假設能再補充Ks，Ke和Kt間一個關系，即求解s、e。圖中，Neuber雙曲線與材料s-e曲線的交點D，就是Neuber理論的解答。Neuber理論(平面應力)如帶缺口薄板拉伸。假定：KeKs=Kt2二端同乘eS，有：(Keε)(KsS)=(KtS)(Ktε),得到雙曲線：se=Kt2eSNeuber雙曲線應力-應變關系已知S或e應力-應變關系求S或e聯(lián)立求解s和ess-ee0曲線CAs缺口局部應力-應變S-eKetesBNeuber雙曲線Des例4.3E=60GPa,K=2023MPa,n=0.125;假設缺口名義應力S=600MPa,Kt=3，求缺口局部應力s、應變e。有Neuber雙曲線:se=Kt2eS=9×0.01×600=54和應力-應變曲線：e=s/60000+(s/2023)8聯(lián)立得到：s/60000+(s/2023)8=54/s可解出：s=1