材料力学（刘鸿文教材）A15材料的疲劳与断裂.ppt

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1、材料力学§15.1概述*§15.2固体材料的理论断裂强度和应力判据*第十五章材料的疲劳与断裂§15.3材料的疲劳破坏特征及机理§15.4S—N曲线及疲劳极限的测定§15.5构件的疲劳极限§15.6基于疲劳极限的无限寿命设计法目录轮轴表面A点的正应力式中称为应力幅交变应力——随时间作周期性变化的应力§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录§15.3材料的疲劳破坏特征及机理疲劳失效——在交变应力作用下发生的突然断裂现象交变应力引起的破坏与静应力引起的破坏截然不同疲劳实践表明：§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录40人死

2、亡；14人受伤；直接经济损失631万元。1999年1月4日，我国重庆市綦（qi）江县彩虹桥发生垮塌，造成：§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录力学问题:大部队过桥时不能齐步走？人跑步时脚上的力量有多大？冲击载荷与跑步的次数的关系？损伤累积与结构寿命§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录人跑步时脚上的力量有多大？脚上的力量假设

3、人体重量为750N3000N3500N4500N6000N12500N§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录疲劳失效的特点：2.即使塑性较好的材料，断裂前也没有明显的塑性变形，呈脆性断裂破坏；1.构件内的最大应力小于屈服应力时，会发生突然断裂；3.断口明显地分为光滑区和粗糙区。§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录疲劳失效过程：产生微观裂纹（称为疲劳源或裂纹源）；2.在微裂纹的尖端产生应力1.在足够大的交变应力作用下，构件内的最大应力作用处或缺陷处，沿最大切应力作用面形成滑移带，3.随着交变应力继续作用，集中，在交变

4、应力的作用下，微裂纹扩展，形成宏观裂纹；宏观裂纹扩展，最终构件断裂。§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录疲劳失效实质：疲劳失效是很危险的，因为构件中的裂纹很小，不易发现，在名义应力低于抗拉强度（甚至低于屈服应力）的情况下，会突然发生断裂。由于材料中裂纹的形成和扩展的结果已有资料表明：承受交变应力构件的失效（如飞机、火车和机器）绝大部分是疲劳失效。§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录50年代起形成了固体力学的两个分支：2.断裂力学——研究材料中的宏观裂纹的扩展规律1.损伤力学——研究材料中的微观缺陷的产生和发展的规

5、律§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录强迫振动的梁,其任一点的应力随时间周期变化j——梁在静平衡位置的应力max——梁在最大位移时的应力min——梁在最小位移时的应力§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录强迫振动的梁,其任一点的应力随时间周期变化一个应力循环——重复变化一次的过程循环次数——应力重复变化的次数周期——完成一个应力循环所需要的时间§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录交变应力的循环特征（应力比）：应力循环中的平均应力应力循环中的应力幅§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录应力循环种类：2.非对称

6、循环即：1.对称循环非对称循环=平均应力+对称循环§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录应力循环种类：或4.静应力——交变应力的特例3.脉冲循环脉冲循环和静应力为非对称循环§15.3材料的疲劳破坏特征及机理目录§15.4S—N曲线及疲劳极限的测定第15章材料的疲劳与断裂目录在交变应力作用下，构件内的最大应力小于屈服应力时就可能发生疲劳失效，因此，屈服应力或抗拉强度不能作为疲劳强度指标。材料的疲劳强度指标必须由疲劳强度试验测定§15.4S—N曲线及疲劳极限的测定目录试验表明：在某一的循环特性下，若最大应力不超过某一极限

7、值，则材料可经受无限次应力循环而不发生疲劳。通常将最大应力的这一极限值称为材料在循环特性r时的疲劳极限（持久极限），用表示r。疲劳极限是衡量材料疲劳失效的强度指标疲劳极限与循环特性有关对称循环时的疲劳极限最小对称循环是交变应力中的最危险情况§15.4S—N曲线及疲劳极限的测定目录疲劳极限的测定：2.第一根试样承受max0.7b；。通常在纯弯曲变形下测定对称循环时的疲劳极限-1测定步骤：1.准备6~10个d=7~10mm光滑小试样；3.逐步减小max，直到循环次数很大时，得到-1=max。§15.4S—

8、N曲线及疲劳极限的测定目录疲劳极限的测定：通常在纯弯曲变形下测定对称循环时的疲劳极限-1F522431Fa/21．试样2．夹头3．计数器4．电机5．传动轴6．重物+aa6§15.4S—N曲线及疲劳极限的测定目录以最大应力为纵坐标，循环次数(寿命)为横坐标，将疲劳试验结果描绘成的曲线，称为应力—寿命曲线或S—N曲线。§15.4S—N曲线及疲劳极