《疲劳断裂分析》PPT课件.ppt
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1、4.1 应力疲劳,1.S-N 曲线,反映外载应力水平S与失效寿命N之间的关系;一般来讲,S指的是最大应力Smax,需要给出应力比R。,S-N曲线,4.1 应力疲劳,试验方法:扭转疲劳试验、弯曲疲劳试验、拉压疲劳试验常用标准试样:圆棒试样(光滑、缺口)、板状试样(光滑、缺口),1.S-N 曲线:试验方法,4.1 应力疲劳,金属轴向疲劳试验方法(GB3075-82)材料疲劳试验统计分析(HB/Z112-86)加工标准试验件,利用升降法得到。首先取第一根试样试验应力水平略高于预计的疲劳极限(5)以内,然后根据试验结果决定下一根的应力水平,直至完成试验(15个有效试样)以第一步中试验所得疲劳极限为S-
2、N曲线中的最低应力水平点,至少用四级应力水平整组试验,完成S-N曲线。,1.S-N 曲线:试验方法,4.1 应力疲劳,幂函数式(双对数曲线)4.1 4.2式中:m与C是与材料、应力比、加载方式等有关的参数,A=lgC/m;B=-1/m.最常用的一种拟合形式,1.S-N 曲线:数学表达,4.1 应力疲劳,指数式(半对数曲线)4.3 4.4式中:m与C是与材料、应力比、加载方式等有关的参数,A=lgC/mlge;B=1/mlge.,1.S-N 曲线:数学表达,4.1 应力疲劳,疲劳极限R与抗拉强度b 的关系,1.S-N 曲线:疲劳极限经验关系式,钢的疲劳极限与抗拉强度的关系,4.1 应力疲劳,疲劳
3、极限R与抗拉强度b 的关系:0.350.5之间(R=-1)旋转弯曲:拉压载荷:一般0.30.45对称扭转:一般0.250.3,1.S-N 曲线:疲劳极限经验关系式,4.5,4.6,4.7,4.1 应力疲劳,1.S-N 曲线:疲劳极限经验关系式,4.8,4.9,4.10,:断面收缩率,4.1 应力疲劳,1.S-N 曲线:近似估计(无试验数据),4.14,将4.14式所得值带入4.1式则可得近似103106内的S-N曲线,预测结果偏保守。,进而可得:,4.1 应力疲劳,1.S-N 曲线:近似估计,4.11,疲劳极限取偏保守估计即:,k:式中系数将4.11和4.12带入SmN=C,可得:,假设当N=
4、103时,有:,4.12,4.13,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:平均应力(应力比)的影响,a一定时,R与m一一对应。,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:平均应力(应力比)的影响,平均应力的影响,一般来讲,当应力幅一定的时候,随着平均应力的增大(R增大),疲劳强度降低或者说同等应力条件下疲劳寿命下降。注意区分最大应力条件下疲劳强度与应力比的关系,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:经验公式,试验不可能给出各种应力比条件下的S-N曲线,如何消除平均应力的影响,利用R=-1时的S-N曲线给出所有条件下的预测寿命呢?,应力幅a与平均应力m的关系,寿命一定时,平均应力m越大应力幅a 越小二者存在着对
5、应关系,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:经验公式,利用经验关系式给定应力幅a与平均应力m的关系,进而在一组试验数据(R=-1)进行疲劳寿命预测。,应力幅a与平均应力m的关系,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:经验公式,Gerber关系:1874年,4.14,Goodman关系:1899年,4.15,Soderberg关系:1939年,4.16,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:,例4-1:构件受拉压循环应力作用,其中max800MPa,min80MPa,已知材料的抗拉强度b=1200MPa,试估算其疲劳寿命。,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:作业,构件受拉压循环应力作用,其中max800M
6、Pa,R=0.2,已知材料的抗拉强度b=1400MPa,屈服强度y=1400MPa,试估算其疲劳寿命,其中-1利用下式计算。,K值自取,4.1 应力疲劳,2.等寿命曲线:,7075T6铝合金等寿命曲线,4.1 应力疲劳,3.缺口构件S-N曲线:疲劳缺口系数,在考虑缺口对疲劳性能的影响时,通常采用的不是应力集中系数,而是疲劳缺口系数。,4.1 应力疲劳,3.缺口构件S-N曲线:疲劳缺口系数,定义:Kf光滑试样的疲劳强度/缺口试样的疲劳强度,q:缺口敏感系数介于01 之间,与材料性质及缺口几何形状有关q=1:表示材料对应力集中非常敏感,如塑性差的结构钢等塑性好的材料对应力集中不敏感!,4.17,4
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