材料力学-动荷载与疲劳强概述B
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疲劳强度已从经典的无限寿命设计发展到现代的有限寿命 设计和可靠性分析。累积损伤理论为解决疲劳寿命问题提供了 重要基础及工程计算方法。零件、构件以至设备的寿命、可靠 性等已成为国内外市场上产品竞争的重要指标。
这一部分的主要内容包括：疲劳失效的主要特征与失效原 因简述；疲劳极限及其影响因素；线性累积损伤理论以及有限 寿命和无限寿命的疲劳强度设计方法等。
疲劳强度概述
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
疲劳极限
疲劳强度设计的依据——疲劳极限
疲劳极限——经过无穷多次应力循环而不发生疲劳失 效时的最大应力值。又称为持久极限(endurance limit).
疲劳极限需要由疲劳实验确定。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
疲劳强度概述 疲劳极限与应力-寿命曲线 影响疲劳寿命的因素 基于无限寿命设计方法的疲劳强度 结论与讨论(B)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
疲劳强度概述
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
交变应力 疲劳失效特征与失效原因分析
第12章 动12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
弹簧的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
弹簧的疲劳失效
疲劳源
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
弹簧的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
飞机的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
需要注意的是：应力循环指一点的应力随时间的变化循 环，最大应力与最小应力等都是指一点的应力循环中的数值。 它们既不是指横截面上由于应力分布不均匀所引起的最大和最 小应力，也不是指一点应力状态中的最大和最小应力。
上述广义应力记号 S 泛指正应力和剪应力。若为拉、压
交变或反复弯曲交变，则所有符号中的 S 均为正应力；若为 反复扭转交变，则所有S均为剪应力 ，其余关系不变。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
疲劳试样
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
疲劳试验装置
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
实际结构疲劳试验装置
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
材料力学 专题篇之三
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力（alternative stress ） 作 用 下 发 生 的 失 效 ， 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。因此，对于承受交变应力的设备，疲劳分析在设 计中占有重要的地位。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
承受交变应力作用的构件或零部件，大部分都在规 则或不规则变化的应力作用下工作。
t
t
t
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
有关交变应力的若干名词和术语
最大应力 平均应力
最小应力 应力幅值
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
应力循环——应力变化的一个周期
疲劳强度概述
疲劳失效特征
破坏时，名义应力值远低于材料的静载强度极限； 交变应力作用下的疲劳破坏需要经过一定数量的 应力循环； 破坏前没有明显的塑性变形，即使韧性很好的材 料，也会呈现脆性断裂； 同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状 区域。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
同一疲劳断口， 一般都有明显的光 滑区域和颗粒状区 域。
上述应力均未计及应力集中的影响，即由理论应力公式算 得。这些应力统称为名义应力（nominal stress）。例如
FNx
A
(拉伸)
Mzy Iz
(平面弯曲)
Mx IP
(圆截面杆扭 转)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
疲劳失效特征与失效原因分析
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
飞机的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
交变应力
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
交变应力 —— 一点的应力若随时间而变化，这种 应力称为交变应力(alternative stress)
疲劳失效 —— 材料与构件在交变应力作用下的失效， 称为疲劳失效(fatigue failure),简称疲劳(fatigue)。
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
颗粒状区域
光滑区域
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
疲劳失效原因分析
晶粒
裂纹扩展路径
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
晶界
滑移带
初始裂纹
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
初始缺陷
滑移
滑移带
疲劳破坏过程
初始裂纹(微裂纹)
脆性断裂
宏观裂纹扩展
宏观裂纹
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
脉冲循环——应力比 r = 0 的应力循环。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
静应力（statical stress）——静应力可作为 交变应力的特例。在静应力作用下，有
r 1, Smax Smin Sm , Sa 0
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
应力循环
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
应力比——应力循环中最小应力与最大应力之比。
r Smin S max
S r max
S min
S S
min
max
S S maxn
min
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
对称循环——应力比 r = －1 的应力循环。
这一部分的主要内容包括：疲劳失效的主要特征与失效原 因简述；疲劳极限及其影响因素；线性累积损伤理论以及有限 寿命和无限寿命的疲劳强度设计方法等。
疲劳强度概述
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
疲劳极限
疲劳强度设计的依据——疲劳极限
疲劳极限——经过无穷多次应力循环而不发生疲劳失 效时的最大应力值。又称为持久极限(endurance limit).
疲劳极限需要由疲劳实验确定。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
疲劳强度概述 疲劳极限与应力-寿命曲线 影响疲劳寿命的因素 基于无限寿命设计方法的疲劳强度 结论与讨论(B)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
疲劳强度概述
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
交变应力 疲劳失效特征与失效原因分析
第12章 动12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
弹簧的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
弹簧的疲劳失效
疲劳源
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
弹簧的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
飞机的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
需要注意的是：应力循环指一点的应力随时间的变化循 环，最大应力与最小应力等都是指一点的应力循环中的数值。 它们既不是指横截面上由于应力分布不均匀所引起的最大和最 小应力，也不是指一点应力状态中的最大和最小应力。
上述广义应力记号 S 泛指正应力和剪应力。若为拉、压
交变或反复弯曲交变，则所有符号中的 S 均为正应力；若为 反复扭转交变，则所有S均为剪应力 ，其余关系不变。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
疲劳试样
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
疲劳试验装置
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
实际结构疲劳试验装置
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
材料力学 专题篇之三
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(B)
结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力（alternative stress ） 作 用 下 发 生 的 失 效 ， 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。因此，对于承受交变应力的设备，疲劳分析在设 计中占有重要的地位。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
承受交变应力作用的构件或零部件，大部分都在规 则或不规则变化的应力作用下工作。
t
t
t
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
有关交变应力的若干名词和术语
最大应力 平均应力
最小应力 应力幅值
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
应力循环——应力变化的一个周期
疲劳强度概述
疲劳失效特征
破坏时，名义应力值远低于材料的静载强度极限； 交变应力作用下的疲劳破坏需要经过一定数量的 应力循环； 破坏前没有明显的塑性变形，即使韧性很好的材 料，也会呈现脆性断裂； 同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状 区域。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
同一疲劳断口， 一般都有明显的光 滑区域和颗粒状区 域。
上述应力均未计及应力集中的影响，即由理论应力公式算 得。这些应力统称为名义应力（nominal stress）。例如
FNx
A
(拉伸)
Mzy Iz
(平面弯曲)
Mx IP
(圆截面杆扭 转)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
疲劳失效特征与失效原因分析
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
飞机的疲劳失效
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
交变应力
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
交变应力 —— 一点的应力若随时间而变化，这种 应力称为交变应力(alternative stress)
疲劳失效 —— 材料与构件在交变应力作用下的失效， 称为疲劳失效(fatigue failure),简称疲劳(fatigue)。
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳极限与应力-寿命曲线
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
颗粒状区域
光滑区域
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
疲劳失效原因分析
晶粒
裂纹扩展路径
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
晶界
滑移带
初始裂纹
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
初始缺陷
滑移
滑移带
疲劳破坏过程
初始裂纹(微裂纹)
脆性断裂
宏观裂纹扩展
宏观裂纹
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
脉冲循环——应力比 r = 0 的应力循环。
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
静应力（statical stress）——静应力可作为 交变应力的特例。在静应力作用下，有
r 1, Smax Smin Sm , Sa 0
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
应力循环
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
应力比——应力循环中最小应力与最大应力之比。
r Smin S max
S r max
S min
S S
min
max
S S maxn
min
第12章 动载荷与疲劳强度概述(续)
疲劳强度概述
对称循环——应力比 r = －1 的应力循环。