03-金属材料疲劳性能及其描述
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3.1金属材料的拉伸特性
3.2金属的循环应力应变特性3.3金属材料的S-N曲线
3.4金属材料的ε-N曲线
参考书目
3.1 金属材料的拉伸特性
材料的工程应力S 和工程应变e 定义为：
A P S 试件加载前的截面积载荷=0
0L L L e 试件标距原始长度量试件加载后的长度改变−=材料的真实应力σ和真实应变ε定义为：
A
P 试件瞬时截面积载荷=σ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝⎛=⇒=∫0d ε= ln d d 0L L L L L L εε瞬时长度瞬时伸长量
3.1 金属材料的拉伸特性
工程应力S 和应变e 与真实应力σ和应变ε的关系：
()
)
1(1ln e S e +=+=σε
3.1 金属材料的拉伸特性
真实应力σ和应变ε的关系可用Ramberg-Osgood 模型描述：
n
K E 1⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=σσεK ——强度系数，n ——应变硬化指数。
就绝大多数工程结构材料而言，对于单调拉伸曲线可作如下假定：
①单调拉伸和单调压缩曲线关于原点O 反对称；
②在屈服极限A 点以内是直线。
3.2 金属材料循环σ-ε曲线
弹性:
弹塑性:
3.2 金属材料循环σ-ε曲线
"循环硬化/软化
"循环蠕变/松弛
"Bauschinger效应
"Mashing特性
"记忆特性
"稳态循环σ-ε曲线
"瞬态循环σ-ε曲线
7
3.2.1 循环硬化/软
化
当外加循环应力—应变使材料进入塑性后，由于反复产生塑性变形，使金属的塑性流动特性改变，材料抵抗变形的能力增加或减小，这种现象称为循环硬化或循环软化。
¾应力控制
¾应变控制
¾材料
¾稳定性问题
应力控制
应力控制下材料的循环硬化
应力控制下材料的循环软化
应力控制
应力控制下材料的循环软化
SAE1045钢的循环软化
应变控制
应变控制下材料的循环硬化
应变控制下材料的循环软化
应变控制
完全退火状态铜的循环硬化
应变控制下材料的循环软化
材料的硬化/软化的判断
/σb：材料的循环硬化或软化特性与材料的屈强比σ
S
σS/σb<0.7 的材料为循环硬化材料；
σS/σb>0.8 的材料为循环软化材料；
σS/σb=0.7~0.8 的材料无法确定。
材料的循环硬化或软化特性也可用断裂延性ε
判断：
f Óεf<50％的材料为循环硬化材料；
Óεf>50%的材料为循环软化材料；
Óεf在50％附近的材料无法确定。
稳定性问题
金属材料的循环稳定与不稳定有二种观点：
¾在一定的循环数后，滞后环趋于稳定
¾直到疲劳破坏，循环硬化/软化一直存在，只是越来越小。
3.2.2 循环蠕变/松弛
循环蠕变
具有明显蠕变行为的材料的
典型应力－应
变曲线
3.2.2 循环蠕变/松弛
循环松弛
3.2.3 Bauschinger效应
在一定量的拉伸或压缩塑性形变之后再进行反向加载时，材料的屈服强度会低于连续形变的屈服强度，这一现象被称之为Bauschinger效应。它是影响迟滞回线几何形状的重要因素。
3.2.4 Mashing特性
O 相重合，如果迟滞回线的最高点A 、B 、C 、D 的边线与上行段迹线相吻合，则该材料称为Masing 材料，即其具有Masing 特性。反之，则该材料不具有Masing 特性，称为非Masing 材料。
A
B C D A
B C
D
3.2.5 记忆特性
材料的记忆特性是指材料在循环载荷作用下应力—应变响应似乎能够记得曾经经历过的变形的特性。用以描述材料记忆
特性的手段是可用性系数。
5500.5
70-0.22
5500.1
-450-0.9
350-0.5
-750-1.5
7501.5
4600.6
7201.2
-450-0.2
6500.8
σ(MPa)ε(%)K J I H G F E D C B A 加载点
3.2.5 记忆特性
拉伸可用性系数F +(j ,p )
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
0.5
0.8
0.8
1.0
1.0
1.0
⑤0112220000.50.51.0④0001120001.001.0③0001020002.001.0②01.6020200.8602.001.0①…
K J I H G F E D C B A O j p
压缩可用性系数F -(j ,p )
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1.5
1.2
1.2
1.0
1.0
1.0
⑤ 2.01.01.00002.02.02.01.51.51.0④ 2.02.02.01.01.002.02.02.01.02.01.0③ 2.02.02.01.02.002.02.02.002.01.0② 2.00.42.002.002.01.142.002.01.0①…
K J I H G F E D C B A O j p