疲劳强度

8.2.1 材料的疲劳极限
疲劳极限(持久极限) ——试件可经无限次应力循环而不发 生疲劳破坏，交变应力最大值
疲劳极限测定方法
1.将被测材料按国家标准加工一组疲劳光滑小试件，至少7 根 （直径d=7～10mm、表面磨光）。 2.对这组试件分别在不同的σmax下施加交变应力（保持循环 特征r不变），直到破坏，记录下每根试件破坏前经历的循 环次数N（常称为疲劳寿命） 。 3.在以横轴为循环寿命，纵轴为应力的坐标系中，将试验所 得结果描点并拟合成曲线，该曲线称为疲劳极限曲线或称为 曲线（应力——寿命曲线）。
轮轴45号钢，受弯曲交变应力，当σmax=-σmin=260MPa 时，大约经历107循环即可发生断裂，而45号钢在静载 荷下的强度极限是σb=600MPa。
1.疲劳破坏特点
3)材料呈脆性断裂。即使是塑性材料，材料在断裂 前也无明显的塑性变形。
4)疲劳破坏断口，有两个明显区域：光滑区与粗糙 区，其中粗糙区又称为瞬断区，断口呈颗粒状
8.3 构件的疲劳极限 在实验测定材料疲劳极限的基础上，将构件的形 状、尺寸及表面加工质量等因素的影响分别独立地以 系数的形式修正材料的疲劳极限，得到构件的疲劳劳 极限。影响构件疲劳极限的因素:
8.3.1 构件外形的影响 由于结构与工艺的要求，工程构件的形状与光滑试件有很 大的差异，如传动轴上会有键槽、轴肩、横孔等。构件此种外 形的变化，将会引起应力集中，在应力集中的局部区域较易形 成疲劳裂纹，使构件的疲劳极限显著低于材料的疲劳极限 。
1985年日航波音747客机惊心动魄的撞山事件 - ---世界民航史上单机发生的最大空难事件
• 1985年8月12日晚上7时许．日本航空公司的一 架波音747宽体客机，执行国内航线的123正常 航班任务。在暮蔼沉沉之中，摇摇晃晃，以45 度的倾斜角度撞在群马县境内上野村附近的山 岗上，机上509名乘客和15名机组人员仅4人获 救外。其余520人全部罹难，这是日本民航史 上最大空难事件，也是世界民航史上单机发生 的最大空难事件、消息传出，日本全国震惊， 世界各国瞩目。
第8章 疲劳强度
交变载荷下材料的疲劳破坏
构件在交变应力（alternative stress） 作用下发生的破坏，称为疲劳失效，简称为 疲劳（fatigue）。对于矿山、冶金、动力、 运输机械以及航空航天等工业部门，疲劳是 零件或构件的主要失效形式。统计结果表明， 在各种机械的断裂事故中，大约有 80％以上 是由于疲劳失效引起的。
1.对任意一个循环应力σmax=σm+σa，在σm——σa坐标系中有 一对应点H（σm，σa） 2.OH射线斜率
tg
a 1 r m 1 r
仅与r有关，射线上的点代表循环特征为r的所有循环应力。
疲劳极限图的含义
•
若任意循环应力σmax=σm+σa对应点H（σm，σa）， 位于材料疲劳极限曲线ABC内时，即，材料有 N=N0=107寿命，不会发生疲劳破坏， σmax=σm+σa<σr ； • 若循环应力σmax=σm+σa 对应点H（σm，σa）， H （σm，σa） 在曲线ABC之外时， σmax=σm+σa>σr，材料 有有限次寿命， 就会发生疲劳破坏.
一般地，N0=107
二、材料的疲劳极限图
一种材料的不同r下的σr，在σm—σa坐标系中有 一曲线ABC与之对应，即材料的疲劳极限曲线（图）。
二、材料的疲劳极限图
在σm—σa坐标系中，材料 疲劳极限（σr，r）有对应点
m
1 r 1 r max r 2 2 1 r 1 r a max r 2 2 max m a r
脆性断裂
8.2 材料的疲劳极限
交变应力要素 应力循环 ——构件在交变应力下工作，应力每重复变化一次。 最大应力σmax 、最小应力σmin
循环特征（应力比） r
max 1 ( ) (1 r ) 平均应力 m 2 max min 2
min max
max 1 (1 r ) 应力幅度 a ( max min ) 2 2
疲劳破坏实例
疲劳破坏实例
疲劳源
疲劳破坏实例
疲劳破坏典型断口
同一疲劳断口， 一般都有明显的 光滑区域和颗粒 状区域。
颗粒状区域
光滑区域
2.疲劳破坏原因： 交变应力下材料的累积塑性变形是疲劳破坏 的主要原因。 3.疲劳破坏过程
初始缺陷
（应力集中）
滑
移
滑移带
宏观裂纹
初始裂纹(微裂纹)
宏观裂纹扩展
对称循Байду номын сангаас条件下，疲劳极限值记为σ-1
8.2.1 材料的疲劳极限
疲劳极限(持久极限) ——试件可经无限次应力循环而不发 生疲劳破坏，交变应力最大值
应力—疲劳寿命曲线含义：
•σmax >σr, 试件经历有限次循环就破坏
•σmax <σr, 试件经历无限次循环而不发生破坏
•σmax =σ-1, r=-1时材料的疲劳极限
最大应力 最小应力
max m a
min m a
交变应力分类
① 对称循环交变应力r=-1
② 非对称循环交变应力r≠-1 • 脉动循环交变应力r=0 ③ 静应力（静载荷）r=1 交变应力的描述： •σmax和σmin •σm和σa σ(任何交变应力）=σm（静应力）+σa（对称循环应力）
8.1 概述 交变载荷——随时间作周期性变化的载荷 交变应力——随时间作周期性变化的应力
My Fad A sin t I 2I
1.疲劳破坏特点
疲劳破坏——在交变应力作用下构件发生的破坏 1)抵抗断裂的极限应力低。疲劳破坏是构件在工作应 力低于强度极限，甚至低于屈服极限的情况下突然发 生的断裂，往往具有突发性。 2)破坏有一个过程。构件在一定的应力水平下，需要 经过一定周次的应力循环次数后，才突然断裂。
光滑试滑试件的疲劳 1 有效应力集中系数 k 1 同尺寸、 有应力集中试件的疲劳 极限
1 1 K , K 1, K 1, K