疲劳与断裂课件.ppt

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1、疲劳与断裂Fatigue&Fracture返回主目录1机械、结构等受力如何？如何运动？如何变形？破坏？如何控制设计？其目的是：了解工程系统的性态并为其设计提供合理的规则。工程力学（或者应用力学）是:将力学原理应用实际工程系统的科学。性态规则回顾2受力如何？如何运动？理论力学、振动理论等，研究对象为刚体；基本方程是平衡方程、运动方程等。如何变形？破坏？材料力学、弹性力学、塑性力学等，研究对象为变形体；基本方程是平衡方程、物理方程、几何方程等。3强度设计的一般方法：平衡方程变形几何条件应力应变关系内力应力初步设计设计目标强度条件满意？结束YESNO修改设计强度计算材料试验极限应力选

2、取安全系数许用应力控制设计：强度是最主要的控制指标。研究对象是无缺陷变形体，研究目的是保证在最大载荷下有足够的强度。4有缺陷怎么办？研究含缺陷材料的强度--断裂多次载荷作用下如何破坏？研究多次使用载荷作用下的破坏--疲劳缺陷从何而来？材料固有或使用中萌生,扩展--疲劳与断裂5结构/构件强度的控制参量是应力。工作应力：构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。(由力学分析计算得到)极限应力：ys、b材料可以承受的强度指标。延性材料：ys；脆性材料：b(通过材料力学性能的实验得到)ys延性材料b脆性材料强度判据：(作用抗力)结构或构件的工作应力材料的极限应力6

3、按静强度设计，满足[]，为什么还发生破坏？19世纪30-40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处（应力仅为0.4ys）多次发生破坏；1954年1月,英国慧星(Comet)号喷气客机坠入地中海（机身舱门拐角处开裂）；71967年12月15日，美国西弗吉尼亚的PointPleasant桥倒塌，46人死亡；1980年3月27日，英国北海油田Kielland号钻井平台倾复；127人落水只救起89人；二次大战期间，400余艘全焊接舰船断裂。主要原因是由缺陷或裂纹导致的断裂。8大型汽轮机转子9轴叶轮疲劳断裂破坏10转子轴疲劳开裂疲劳断裂破坏11叶片击穿厂房12飞机整机结构强度实验机翼破坏

4、实验13飞机整机结构强度实验机身破坏实验14上海东方电视塔高300m球径45m15抗震模型试验（破坏部位、破坏形式、抗震能力）静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式。控制疲劳强度、断裂强度的是什么？16疲劳与断裂一.概述四.应变疲劳二.应力疲劳三.疲劳应用统计学基础introductionCrackinitiation17十.疲劳寿命预测与抗疲劳设计九.裂纹闭合理论与高载迟滞效应八.疲劳裂纹扩展疲劳与断裂七.弹塑性断裂力学简介六.表面裂纹五.断裂失效与断裂控制设计FracturemechanicsCrackpropagation18第一章概述introd

5、uction1.1什么是疲劳？Theprocessofprogressivelocalizedpermanentstructuralchangeoccurringinamaterialsubjectedtoconditionswhichproducefluctuatingstressesandstrainsatsomepointorpointsandwhichmayculminateincrackorcompletefractureafterasufficientnumberoffluctuations.ASTME206-72在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用

6、之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为疲劳。19疲劳是在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。研究目的：预测寿命。N=Ni+Np裂纹萌生+扩展疲劳问题的特点与研究目的：扰动应力，高应力局部，裂纹，发展过程。特点：201.只有在扰动应力作用下，疲劳才会发生。扰动应力，是指随时间变化的应力。也可更一般地称为扰动载荷，载荷可以是力、应力、应变、位移等。要研究载荷谱的描述与简化21恒幅循环应力是最简单的SSmax0Smint循环应力(cyclicstress)的描述：常用导出量

7、：平均应力Sm=(Smax+Smin)/2应力幅Sa=(Smax-Smin)/2应力变程DS=Smax-Smin应力比或循环特性参数R=Smin/Smax描述循环应力水平的基本量：Smax，SminSmSaSa22定义：平均应力Sm=(Smax+Smin)/2(1)应力幅Sa=(Smax-Smin)/2(2)应力变程DS=Smax-Smin(3)应力比或循环特性参数R=Smin/Smax(1)式二端除以Smax，有Sm=[(1+R)/2]Smax(4)(2)式二端除以Smax，有Sa=[(1