材料力學(xué)第十四章

材料力學(xué)第十四章疲勞一概述二

S-N曲線與疲勞強(qiáng)度三影響構(gòu)件持久極限的因素四持久極限線圖五對(duì)稱循環(huán)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度校核七提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施六非對(duì)稱循環(huán)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度校核第一節(jié)概述一、交變應(yīng)力某些機(jī)械零件在工作時(shí)，其應(yīng)力往往隨時(shí)間做周期性的變化，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。載荷的周期性變化或構(gòu)件的某些周期性運(yùn)動(dòng)，都會(huì)引起交變應(yīng)力。圖14-1二、疲勞金屬構(gòu)件經(jīng)過(guò)交變應(yīng)力一段時(shí)間的作用后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，稱為疲勞。疲勞破壞具有很大的危害性。疲勞破壞與靜應(yīng)力引起的破壞有明顯的不同。不同材料、不同構(gòu)件發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力各不相同，經(jīng)歷過(guò)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)也不相同，疲勞破壞與多種因素有關(guān)，這使得考慮疲勞的強(qiáng)度設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。疲勞破壞還有一個(gè)不同于靜力破壞的明顯標(biāo)志是其斷口特征。疲勞斷口一般可分成三個(gè)區(qū)（見(jiàn)圖14-4）：疲勞源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)（光滑區(qū)）和瞬時(shí)斷裂區(qū)（粗糙區(qū)）。根據(jù)斷口的這些特征，可以判斷斷裂是否為疲勞斷裂。圖14-4第二節(jié)S-N曲線與疲勞強(qiáng)度疲勞試驗(yàn)的方法和設(shè)備有很多種，最常見(jiàn)的試驗(yàn)是對(duì)稱循環(huán)純彎曲疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)是在疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，被試材料要制成光滑小試件，圖14-5是試驗(yàn)裝置示意圖，試樣不停地繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。圖14-51—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—軸承；4—試件；5—計(jì)數(shù)器；6—杠桿；7—砝碼組圖14-8圖14-9第三節(jié)影響構(gòu)件持久極限的因素一、構(gòu)件外形圖14-10（b）（a）圖14-11（b）（a）二、構(gòu)件尺寸三、構(gòu)件表面質(zhì)量第四節(jié)持久極限線圖圖14-15圖14-161—Gerber拋物線；2—Goodman直線；3—Soderberg直線；4—簡(jiǎn)化折線圖14-171—Goodman直線；2—Gerber拋物線第五節(jié)對(duì)稱循環(huán)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度校核第六節(jié)非對(duì)稱循環(huán)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度校核一、非對(duì)稱循環(huán)下的彎曲疲勞強(qiáng)度條件

圖14-18

圖14-19非對(duì)稱循環(huán)構(gòu)件的持久極限，可以仿照對(duì)稱循環(huán)的方法通過(guò)試驗(yàn)確定。對(duì)同一材料先進(jìn)行光滑小試樣試驗(yàn)，測(cè)出循環(huán)特征為各種不同數(shù)值時(shí)的持久極限，可得到持久極限曲線，如圖14-18所示。二、不屈服失效的靜強(qiáng)度校核第七節(jié)提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施疲勞裂紋多形成于應(yīng)力集中部位和構(gòu)件表面等高應(yīng)力部位，因此應(yīng)從這些方面考慮如何提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。構(gòu)件表面加工應(yīng)有較低的粗糙度，并應(yīng)注意避免各種機(jī)械損傷（如劃痕、打印）或其他損傷（如銹蝕）。對(duì)于高強(qiáng)度鋼這類(lèi)對(duì)應(yīng)力集中比較敏感的材料，更需要保持較高的表面質(zhì)量。對(duì)構(gòu)件表層進(jìn)行強(qiáng)化處理，如高頻感應(yīng)淬火、滲氮、滲碳、滾壓、噴丸等，可減少形成