疲劳与断裂-应变疲劳课件.ppt

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1、第四章应变疲劳4.1单调应力-应变响应4.2滞后环和循环应力-应变响应4.3材料的记忆特性与变幅循环响应计算4.4应变疲劳性能4.5缺口应变分析1应变疲劳或低周应变疲劳:载荷水平高(>ys)，寿命短(N＜104)。研究应变-寿命关系2尽管大部分工程结构和构件设计的名义载荷是保持弹性的，应力集中也会在缺口附近引起塑性应变。应变--寿命法假定在应变控制下试验的光滑试件可以模拟工程构件缺口根部的疲劳损伤。如果承受相同的应力--应变历程，则缺口根部材料有与光滑件相同的疲劳损伤（和疲劳寿命）。3单调应力-应变关系循环载荷下，应变如何分析？应

2、变-寿命关系如何描述？循环应力-应变行为循环应力作用下的应变响应应变疲劳性能缺口应变分析应变疲劳寿命预测思路：问题：44.1单调应力-应变响应monotonicstress-strainresponse1.基本定义A0l0d0originaldlAPPdeformedEngineeringstressSPA=0工程应力S:Engineeringstrainelllll==-D000工程应变e:材料纵向伸长，横向缩小。真应力、真应变?5PDl0llld真应力truestress:sPA=0应力应变S-esyss-e均匀变形truestr

3、ain:0ldlll=òe真应变dlAPPdeformed到颈缩前，变形是均匀的。忽略弹性体积变化，可假定均匀变形阶段后体积不变。6e是小量，展开得：=ln(1+e)=e-e2/2+e3/3-…＜e,比e小，相对误差为：(e-)/e=e/2。在均匀变形阶段，忽略弹性体积变化，假定变形后体积不变，A0l0=Al，则有关系：工程应力、应变与真应力、真应变间关系=P/A=Pl/A0l0=(P/A0)[(l0+l)/l0]=S(1+e)=ln(1+e)=ln(l/l0)=ln(A0/A)=ln[100/(100-RA)]可见，=

4、S(1+e)＞S，相对误差为：(-S)/S=e,故e越大，(-S)越大。e=0.2%时，比S大0.2%。e＜0.01时，与S，与e相差小于1%，可不加区别。7K为强度系数，应力量纲(MPa);n为应变硬化指数，无量纲。n=0，理想塑性材料。2.单调应力-应变曲线均匀变形阶段，-曲线上任一点的应变，均可表示为：=e+p-e关系用Hooke定理表达为：=Ee-p关系用Holomon关系表达为：=K(p)nRemberg-Osgood弹塑性应力-应变关系：seepe0eA8循环滞回环4.2滞后(回)环和

5、循环应力-应变响应Bauschinger效应循环软/硬化行为应变控制循环加载循环软/硬化行为应力控制循环加载OFHC紫铜的循环硬化行为SA333C–Mn钢304LN不锈钢其它材料的循环软/硬化行为应变幅值依赖性50%ofthefatiguelife单调和循环应力应变曲线循环应力应变曲线的确定方法成组试样法通过一系列不同应变水平的应变控制循环试验，得到其稳定的滞回环，进而确定循环应力应变曲线。耗时耗材循环a-a曲线弹性应变幅ea、塑性应变幅pa分别为：循环a-a曲线的数学描述：各稳态滞回环顶点连线。注意：循环a-a曲线，

6、不反映加载路径。K为循环强度系数，应力量纲(MPa)；n’为循环应变硬化指数，无量纲。esaa0循环应力-应变曲线s-es-eaa17增级试验法采用各级应变水平由小到大再由大到小构成的程序块，由一根试样反复试验直至响应应力达到稳定值，将这个稳定循环程序块得到的许多滞回环顶点连接起来即可得到循环应力应变曲线。Masing效应在不同应力水平得到的滞回环通过坐标平移，使其最低点与原点重合，如果滞回环最高点的连线与其上行线重合，则该材料具有Masing效应。没有Masing效应的材料SA333C-Mn钢304LN不锈钢Ds0eDe0'eeaD

7、s-Des-eaeeasaaaepaepaDDDDDeeess222221=+=+¢¢epnEK()滞后环曲线(-曲线)反映加载路径。若拉压性能对称，考虑半支即可。以o'为原点，考虑上半支。假设-曲线与a-a曲线几何相似，滞后环曲线为：或者DDDess=+¢¢nEK221()同样，若用应变表示应力，则有：=Ee和Ds=2K’(p/2)n'具有Masing效应的材料满足如下假设21平均应力松弛非对称应变循环过程中，响应的平均应力随循环周次增加而逐渐下降的现象称为平均应力松弛。棘轮行为非对称应力循环过程中，

8、塑性应变的循环累积现象称为棘轮行为（Ratchetting）。非比例附加硬化材料在非比例多轴循环过程中体现出的高于单轴（或比例多轴）循环中的硬化响应现象称为非比例附加硬化。1Cr18Ni9Ti不锈钢1050QTsteel