断裂与疲劳阶段性作业4
断裂与疲劳(专升本)中国地质大学开卷参考资料题库及答案
(C) 商
(D) 积
正确的答案是：D
3. 材料的实际强度比理论强度低得多的原因可能是由于材料中的存在。(5分)
(A) 断裂
(B) 形变
(C) 微裂纹
(D) 断口
正确的答案是：C
4. 裂纹的生核、长大过程中一定要伴随的产生，也就是说，在断口表面总会有一塑性形变层。
(5分)
10. 疲劳的一个特点是只有在承受交变的循环（扰动）应力或循环应变作用的条件下，材料或构件因疲劳发生而损伤破坏。(5分)
正确错误
正确的答案是：正确
解题思路：
二、填空题
1. ___(1)___ 是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷的次数或时间。(5分)
(1).
正确的答案是:
疲劳寿命
2. 根据疲劳裂纹的形成及扩展过程，典型的疲劳宏观断口三要素是：___(2)___ 、稳扩区和瞬断区。(5分)
2. 疲劳破坏是由应力或应变较高的局部开始，形成损伤并逐渐累积，导致破坏发生。(5分)
正确错误
正确的答案是：正确
解题思路：
3. 疲劳分析就是要研究裂纹的起始或萌生。(5分)
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
4. 撕开型（Ⅲ型）裂纹最为常见，也是最为危险的一种裂纹。(5分)
正确错误
正确的答案是：错误
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。(6分)
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
二、填空题
1. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。(5分)
华中科大疲劳断裂课后习题解答全解全析
C = (0.9Su )11.8 ×103 = (0.9 × 430)11.8 ×103 = 3.4276 ×1033
-2-
第二章
疲劳与断裂课后习题全解
2-1 解：由题意可知： f = 20HZ ，要施加106 次循环需要：
t = 106 = 13.889小时 。 20× 3600
2-2 解：由图中可以得到：
a） Smax = 380 MPa， Smin = 80 MPa， Sa = 160 MPa， Sm = 230 MPa。
再利用金相显微镜或低倍电子显微镜，可对裂纹源进行进一步观察和确认，并且判断是否 因为材料缺陷所引起，缺陷的类型和大小若何。
由宏观“海滩条带”和微观“疲劳条纹”数据，结合构件使用载荷谱分析，还可能估计裂纹扩 展速率。
-1-
疲劳与断裂课后习题全解
1-4 答：根据疲劳问题的特点，疲劳破坏起源于高应力或者高应变的局部。提高表面的光洁度，即 可以减少结构整体的应力集中的可能性。这样就可以减少高应力和高应变的区域。
-3-
Sa(MPa)
400 350 300 250 200 150 100
2
疲劳与断裂课后习题全解
Sa(R=0)= -39.96LgN+408.73 Sa(R=-1)= -73.24LgN+624.72
原 原 原 原 R=0 原 原 原 原 R=-1 拟 拟 R=0 拟 拟 R=-1
3
4
5
6
7
8
9
疲劳与断裂课后习题全解
习题和答案
第一章
1-1 答：根据 ASTM E206—72 中所作的定义有：在某点或者某些点承受扰动应力，且在足够多的循 环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程，称 为疲劳。
断裂与疲劳(专升本) 地质大学期末开卷考试题库及答案
断裂与疲劳(专升本)判断题1. 力的大小可以用一个简单量表示。
(3分) 参考答案：错误2. “K I = K Ic ”表示K I 与K Ic 是相同的。
(3分) 参考答案：错误(1). 萌生 (2). 参考答案: 扩展 (3). 参考答案: 断裂 (4). 参考答案: 损伤积累4. ___(5)___ 有两种定义或表达式，一是回路积分定义，另一种是___(6)___ ，在塑性力学全量理论的描述下这两种定义是___(7)___ ；其___(8)___ 指J 积分的数值与积分回路无关。
(8分) (1). 参考答案: J 积分(2). 参考答案: 形变功率定义(3). 参考答案: 等效的 (4). 守恒性(1). 机械加工程度变形 (2).参考答案: 预制裂纹长度 (3). 参考答案: 小范围屈服长度 (4). 读数显微镜(1). 理论断裂强度 (2). 参考答案: 实际断裂强度 (3). 参考答案: 应力集中系数 (4). 参考答案: 裂口断裂理论问答题7. 什么是低应力脆断？如何理解低应力脆断事故？(12分)参考答案：答：在应力水平较低，甚至低于材料的屈服点应力情况下结构发生的突然断裂，称为低应力脆性断裂，简称低应力脆断。
低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，同时也与材料的韧性有关。
由于应力低，容易“失察”，由于脆性断裂，难于控制即“失控”，低应力脆性断裂事故多为灾难性的。
断裂力学是研究低应力脆断的主要手段，其研究目的也主要是预防低应力脆断。
8. 请解说应力场强度因子断裂理论？(12分) 参考答案：答：1)下标“I”表示I 型（张开型）裂纹 2)“K”表示应力强度因子，是外加应力和裂纹长度的函数 3)“K I ”表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子 4)“K Ic ”表示I 型（张开型）裂纹的断裂韧度，是材料抵抗断裂的一个性能指标5)“K I = K Ic ”是断裂判据，表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子增加到一个临界值即达到材料的断裂韧度时，就发生脆性断裂。
疲劳与断裂作业
在船舶与海洋工程领域，目前国内对疲劳问题的机理研究几乎处于停滞状态，本文考虑了提出考虑腐蚀缺陷的冰区平台动态疲劳可靠性模型，并基于Bayes 理论研究检测与维修对平台动态疲劳可靠性更新。
以疲劳寿命为控制量，确定基于断裂力学方法的冰区平台动态疲劳可靠性功能函数；分析腐蚀对平台动态疲劳可靠性的影响，建立考虑疲劳与腐蚀交互作用的冰区平台动态可靠性模型；基于Bayes 理论对腐蚀预测模型进行修正，通过修正腐蚀模型实现，最后通过渤海某一平台为例，进行验证和分析。
其基本原理如下：考虑腐蚀的影响，并设腐蚀函数为d(t)，则管节点的临界深度fa 可表示为()0f a w dt =-其中t 为平台服役时间。
根据断裂力学理论，以疲劳寿命为控制量，并考虑尺寸参数的不确定性，平台节点的疲劳寿命分析功能函数()()()001w d t ma avgY S dag t tf C B Y a B S -=-⎡⎣⎰其中C 和m 为材料的裂纹扩展参数，由材料属性确定，e S 为等效疲劳应力范围，avg f 为荷载作用的平均频率，()Y a 为裂纹扩展的几何修正系数，S B 和Y B 分别为描述疲劳应力和几何修正系数计算过程中的不确定因素的随机变量。
综上可知，等效疲劳应力范围e S 和荷载作用的平均频率avgf 为两个重要的计算参数，而这参数可以通过对整个冰激疲劳环境划分子工况的方法确定，因此根据每个子工况的疲劳应力参数与工况比例获取e S 和avgf ；()10101km mi i i i e ki i i f E S S f ==⎡⎤∂⎢⎥⎢⎥=⎢⎥∂⎢⎥⎣⎦∑∑，01kavg i i i f f ==∂∑，其中k 为子工况数，i ∂为子工况i 所占的比例，0i f 为子工况i 的荷载频率，()m iE S 为子工况中mS 的均值。
由于考虑到腐蚀的影响，腐蚀函数d(t)采用paik 腐蚀模型，该模型的表达式为()()()()()()()()()()2''22'2BBi i C CA A A A d t A t T t TA A μσμσμσσ+=-=-+其中的A 和B 分别为与腐蚀保护系统相关的系数，t 为平台服役时间，CT 为CPS 寿命。
脆性断裂与疲劳破坏问题
脆性断裂与疲劳破坏问题一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。
钢结构尤其是焊接结构,由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因,往往存在类似于裂纹性的缺陷。
脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后, 断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生,破坏。
钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果,主要是以下几方面:(1 ) 钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高,晶粒较粗,夹杂物等冶金缺陷严重,韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。
(2) 结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
(3) 制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错,焊接缺陷大,残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
(4) 结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。
随着加荷速度增大,屈服点将提高而韧性降低。
特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时,材料的脆性将显著增加。
（5）在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。
这种性质称为低温冷脆。
不同的钢种,向脆性转化的温度并不相同。
同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同,而在不同温度下发生脆性断裂。
所以,这里所说的"低温"并没有困定的界限。
为了确定缺口韧性随温度变化的关系,目前都采用冲击韧性试验。
图1为碳素钢恰贝V形缺口试件冲击能量与温度的关系曲线。
显而易见,随着温度的降低, Cv 能量值迅下降,材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。
同时可见,钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的,此温度区T1－T2称为转变温度区。
铝合金的疲劳与断裂分析考核试卷
考生姓名：__________答题日期：_______得分：_________判卷人：_________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.铝合金疲劳的主要原因是：（）
A.材料内部缺陷
B.外部应力超过材料屈服强度
10.以下哪种方法不适用于铝合金疲劳裂纹的检测？（）
A.涡流检测
B.超声波检测
C.磁粉检测
D.漏磁检测
11.铝合金的疲劳极限与以下哪个因素有关？（)
A.材料的纯度
B.材料的强度
C.材料的硬度
D.所有上述因素
12.在进行铝合金疲劳测试时，以下哪种应力状态最常见？（）
A.拉伸应力
B.压缩应力
C.弯曲应力
C.温度
D.材料的屈服强度
8.对于铝合金的疲劳裂纹扩展，以下哪种说法正确？（）
A.裂纹扩展速率随应力强度因子增加而减小
B.裂纹扩展速率与应力强度因子无关
C.裂纹扩展速率随应力强度因子增加而增加
D.裂纹扩展速率仅与环境温度有关
9.铝合金在高温环境下的疲劳性能通常：（）
A.提高
B.降低
C.不变
D.与温度变化无关
A.应力比为0.5
B.应力比为-1
C.应力比为0
D.应力比为1
9.以下哪些因素会影响铝合金的断裂韧性？（）
A.材料的微观结构
B.材料的化学成分
C.温度
D.应变速率
10.以下哪些方法可以用来检测铝合金的疲劳裂纹？（）
A.涡流检测
B.超声波检测
C.磁粉检测
D.电子显微镜观察
11.铝合金疲劳裂纹扩展过程中，以下哪些现象是常见的？（）
高铁车组疲劳与断裂分析考核试卷
A.疲劳寿命
B.断裂韧性
C.疲劳强度
D.裂纹扩展速率
16.下列哪些因素可能导致高铁车组材料的疲劳性能下降？（）
A.材料内部缺陷
B.环境腐蚀
C.温度变化
D.材料老化
17.高铁车组在制造过程中，哪些措施可以减少疲劳裂纹的产生？（）
A.严格控制制造工艺
B.提高制造精度
C.加强运行监测
D.以上都对
19.下列哪个参数用于描述材料抵抗疲劳裂纹扩展的能力？（）
A.疲劳寿命
B.断裂韧性
C.疲劳强度
D.延展性
20.高铁车组疲劳与断裂分析中，以下哪个模型用于预测裂纹扩展寿命？（）
A.线性累积损伤模型
B.非线性累积损伤模型
C.裂纹扩展模型
D.随机疲劳模型
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1. B
2. A
3. A
4. D
5. B
6. D
7. A
8. D
9. A
10. A
11. D
12. B
13. C
14. D
15. B
16. D
17. D
18. A
19. C
20. C
二、多选题
1. ABCD
2. ABC
3. ABC
4. ABCD
5. ABCD
6. ABCD
7. ABCD
8. ABC
9. ABCD
A.应力强度因子
B.应变强度因子
C.应力幅值
D.平均应力
8.下列哪种方法可以有效地减少高铁车组疲劳断裂风险？（）
4.疲劳与疲劳断裂解析
2
4
1 疲劳断裂的基本形式和特征
2
5
1 疲劳断裂的基本形式和特征
1、正断疲劳失效
正断疲劳的初裂纹，是由正应力引起的。 正断疲劳的特点是：初裂纹所在平面大致上与应力轴相垂直。 大多数的工程金属构件的疲劳失效都是以此种形式进行的。特别是 体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件 在试件的内部裂纹处容易得到满足，但当表面加工比较粗糙或具有较深 的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲劳裂纹也易在 表面产生。
2
7
1 疲劳断裂的基本形式和特征 1.2 疲劳断裂失效的一般特征
1、疲劳断裂的突发性
疲劳断裂虽然经过疲劳裂纹的萌生、亚临界扩展、失稳扩展三个元过程， 但是由于断裂前无明显的塑性变形和其它明显征兆，所以断裂具有很强的突发性 。即使在静拉伸条件下具有大量塑性变形的塑性材料，在交变应力作用下也会显 ～ 示出宏观脆性的断裂特征。因而断裂是突然进行的。
疲劳与疲劳断裂
1
绪言
金属在循环载荷作用下，即使所受的应力低于屈服强度，也会发
பைடு நூலகம்
生断裂，这种现象称为疲劳。
疲劳断裂，一般不发生明显的塑性变形，难以检测和预防，因而机
件的疲劳断裂会造成很大的经济以至生命的损失。
疲劳研究的主要目的：为防止机械和结构的疲劳失效。
2
疲劳断裂引起的空难达每年100次以上
国际民航组织 (ICAO)发表的
“涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出： 80年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁人亡重大事故， 平均每年100次。(不包括中、苏) 工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破坏的5090%，是机械、结构失效的最常见形式。
因此，工程技术人员必须认真考虑可能的疲劳断裂问题。
断裂与疲劳(专升本)中国地质大学开卷参考资料题库及答案
断裂与疲劳(专升本)阶段性作业1总分：100分得分：0分一、判断题1. 断裂力学的研究对象是含裂纹体。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：2. 脆性材料不发生或很小塑性变形，没有屈服极限，在经历很小的变形情况下就会发生断裂。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：3. 第二强度理论代表最大切应力理论。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：4. 穿晶断裂是韧性的，而不可以是脆性的。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：5. 约束力是一种主动力。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：6. 低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，且与材料的韧性有关。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：7. 材料的理论断裂强度与实际断裂强度相差很大。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：8. 使构件发生变形的外部物体作用统称为外力，它只表示构件承受的载荷。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：9. 根据材料断裂的载荷性质，断裂力学分为静态断裂力学和动态断裂力学，断裂动力学是断裂静力学的基础。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：二、填空题1. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。
(5分)(1). 正确的答案是: 剪切2. 由于作用循环载荷而性能变劣造成的断裂称为___(2)___ 。
(5分)(1). 正确的答案是: 疲劳断裂3. 材料（或构件）断裂前有明显的塑性变形，即断裂应变较大的断裂方式为___(3)___ 。
(5分)(1). 正确的答案是: 韧性断裂三、单选题1. 断裂化学则是研究各种对材料断裂过程的作用及影响的一门学科。
06-07疲劳断裂分析4-2
4.2
应变疲劳
3.局部应力－应变法：局部应力应变的确定
解：1）缺口的应力-应变响应
p ( np e ) K
4.2
应变疲劳
3.局部应力－应变法：局部应力应变的确定
解：2）缺口的应力-应变响应如图所示，根据稳态环可 知：
3）将其带入ε-N曲线：
则可求得：N=12470循环
p ( np e ) K
4.2
应变疲劳
3.局部应力－应变法：局部应力应变的确定 在循环载荷作用下，缺口的局部应力-应变也是随时 间变化，此时用反映材料性能的循环应力-应变曲线代 替单调应力-应变曲线，反向加载后，应力-应变响应应 当由滞后环来描述，还要考虑缺口应力集中的影响。
p ( np e ) K
4.2
1 n'
p ( np e ) K
4.2
应变疲劳
材料记得曾为反向加载所 中断的应力－应变路径 应变第二次到达某处， 该处曾经发生过反向应 变，则形成封闭环； 过了封闭环顶点以后， σ-ε路径不受封闭环的 影响，仍然记得原有路 径
④ 循环应力-应变曲线：材料的记忆特性
材料的记忆特性图
4.29
b 疲劳强度指数(-0.06 -0.14,可取-0.1)；
典型应变-寿命曲线
c-疲劳延性指数(-0.5 0.7，可取－0.6)
p ( np e ) K
4.2
应变疲劳
当 ea＝ pa时，有：
2.应变寿命曲线（ε－N曲线）
f
'
E 可得 :
(2 N )b＝ f '(2 N )c
p ( np e ) K
4.2
应变疲劳
4.疲劳与疲劳断裂解析
3 疲惫断口形貌及其特征
2
25
5 影响疲惫缘由及措施
4、装配与联接效应 装配与联接效应对构件的疲惫寿命有很大的影响。
正确的拧紧力矩可使其疲惫寿命提高5倍以上。简洁消失的问题是，认 为越大的拧紧力对提高联接的牢靠性越有利，使用实践和疲惫试验说明，这 种看法具有很大的片面性。
5．使用环境 环境因素〔低温、高温及腐蚀介质等〕的变化，使材料的疲惫强度显 著降低，往往引起零件过早的发生断裂失效。例如镍铬钢〔0.28％C，11.5 ％ Ni，0.73％Cr〕，淬火并回火状态下在海水中的条件下疲惫强度大约只是 在大气中的疲惫极限的20％。
2
14
1、疲惫裂纹源区 疲惫裂纹源区是疲惫裂纹萌生的策源地，是疲惫破坏的起点， 多处于机件的外表，源区的断口形貌多数状况下比较平坦、光 亮，且呈半圆形或半椭圆形。
由于裂纹在源区内的扩展速率缓慢，裂纹外表受反复挤压、摩 擦次数多，所以其断口较其他两个区更为平坦，比较光亮。在 整个断口上与其他两个区相比，疲惫裂纹源区所占的面积最小 。
相垂直。
大多数的工程金属构件的疲惫失效都是以此种形式进 展的。特殊是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占 比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处简洁得到满足 ，但当外表加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、 微裂纹等应力集中现象时，正断疲惫裂纹也易在外表产生。
高强度、低塑性的材料、大截面零件、小应力振幅、 低的加载频率及腐蚀、低温条件2均有利于正断疲惫裂纹的萌 6
疲劳与断裂1.4疲劳断口宏观特征
疲劳与断裂
土木工程与力学学院
1.4疲劳断口宏观特征
这是某飞机机轮铸造镁合金轮毂的疲劳断口照片，从中可以看到疲劳破坏断口的一些宏观特征。
特点一：有裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后的瞬时断裂区三个部分。
裂纹源：
瞬时断裂区：
裂纹扩展区：
疲劳裂纹最早萌生的地方。
瞬间断裂形成的新鲜断面；
紧邻瞬时断裂区；
特点二：裂纹扩展区断面较光滑平整，通常可见“海滩条带”，有腐蚀痕迹。
在裂纹扩展过程中，上下裂纹表面之间不
断地张开、闭合，相互摩擦；
在环境氧化或其他腐蚀介质侵蚀下，裂纹
扩展区常常还会留有腐蚀痕迹。
在环境氧化或其他腐蚀介质侵蚀下，裂纹
扩展区常常还会留有腐蚀痕迹。
特点三：裂纹源通常位于高应力或高应变的局部。
裂纹源一般是一个，也可以有多个。
裂纹
起源于高应力区，而高应力区通常在材料表
面（几何突变）或者夹杂、空隙等缺陷处。
特点四：没有明显的塑性变形。
将发生疲劳断裂破坏后的断口对合在一起，一般都能吻合
得很好。
这表明在疲劳破坏之前，并未发生大的塑性变形。
显
著
区
别这一点是材料发生疲劳破坏与在简单
拉伸条件下发生静强度破坏的
特点四：表面裂纹，一般呈半椭圆形。
起源于表面的裂纹，在循环载荷的作用下，通常沿表面方
向扩展较快，而沿深度方向扩展较慢，从而形成半椭圆形。
表面方向扩展
深度方向
扩展
较快较慢。
疲劳与断裂分析考核试卷
17.关于疲劳寿命的预测，以下哪种模型是基于裂纹扩展理论的：( )
A. Manson-Coffin方程
B. Miner法则
C. Paris公式
D. Soderberg方程
18.在交变载荷下，应力幅值与应力平均值的关系：( )
A.应力幅值越高，应力平均值也越高
B.应力幅值与应力平均值无关
18. ABC
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1.表面
2. da/dN-ΔK
3.疲劳极限
4.材料
5.疲劳寿命
6.疲劳损伤累积
7.应力集中
8.门槛值
9.应力强度因子
10.正弦波、三角波
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. ×
6. ×
7. ×
8. ×
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
A.表面裂纹
B.微观裂纹
C.低应力幅值
D.高应力幅值
20.以下哪些因素会影响疲劳试验的结果：( )
A.试样的制备
B.试验机的精度
C.加载波形
D.试验环境条件
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.疲劳裂纹的萌生通常发生在材料的_______区域。
2.疲劳裂纹扩展的速率可以用_______曲线来描述。
8.所有材料的疲劳寿命都可以用S-N曲线来描述。（）
9.在疲劳分析中，静态疲劳极限和动态疲劳极限是相同的。（）
10.疲劳试验中，加载频率对试验结果没有影响。（）
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
1.请简述疲劳裂纹萌生的主要原因，并说明如何通过设计来减少疲劳裂纹的萌生。
结构疲劳与断裂作业
结构疲劳与断裂作业结构疲劳与断裂作业专业：结构工程姓名：高培文学号： S2******* 授课教师：雷宏刚疲劳与断裂是引起结构与构件失效的主要原因，由疲劳与断裂引发的众多灾难性事故给人类造成了难以估量的损失。
统计资料表明，80-90%的焊接结构断裂事故是由疲劳失效引起的，由于焊接接头的焊趾处的应力集中和残余拉伸应力作用，焊接接头疲劳强度大幅度地低于基本金属的疲劳强度。
虽然结构按疲劳规范设计，仍然发生一些整体结构的过早疲劳失效，造成巨大的经济损失，甚至是人身伤亡事故。
一、疲劳破坏疲劳破坏就是材料或构件在交变应力或应变作用下，在某点或某些点产生永久性损伤，经一定循环次数后产生裂纹，并使裂纹扩展直至完全断裂或突然发生完全断裂的过程。
构件因发生疲劳破坏而丧失正常工作性能的现象称为疲劳失效。
试件抵抗疲劳失效的能力称为材料疲劳强度;构件抵抗疲劳失效的能力称为结构疲劳强度。
疲劳寿命，即材料或构件疲劳失效时所经受的规定应力或应变的循环次数。
疲劳断裂过程大致可分为四个阶段:裂纹成核阶段、微观裂纹扩展阶段、宏观裂纹扩展阶段、最后断裂阶段。
1、裂纹成核阶段受有交变载荷的构件如果是无裂纹或者是无其它缺陷的光滑零部件，在交变应力作用下，虽然名义应力不超过材料的屈服极限，但由于材料组织性能不均匀，在构件的表面局部区域仍然能产生滑移。
用力学原理来解释，因为构件表面是平面应力状态，容易产生滑移，但看不到塑性变形特征。
由于多次反复的循环滑移过程，便产生金属挤出和挤入的滑移带，由此形成微裂纹的核。
2、微观裂纹扩展阶段一旦裂纹成核，微裂纹就沿着滑移面扩展，扩展方向是与主应力轴成45°。
此阶段扩展深入表面很浅，大约十几微米，而且不是单一的裂纹，是许多沿滑移带的裂纹，这个过程为裂纹扩展的第一阶段。
3、宏观裂纹扩展阶段这一阶段是从微观裂纹直接过渡过来的宏观阶段，裂纹扩展速率增加，扩展方向与拉应力垂直，且为单一裂纹扩展。
一般认为裂纹长度a在0.1mm4、瞬时断裂阶段当裂纹扩展到足够大即达到临界尺寸ac时，便会产生失稳扩展而很快断裂。
疲劳和断裂第四讲
疲劳和断裂都是材料的失效形式，但它们的发生机理和条件不同。
疲劳主要与循环载荷和交变应力有关，断裂则与外力和变形程度有关 。
疲劳裂纹的扩展通常是一个缓慢的过程，而断裂则可能突然发生。
疲劳极限是评价材料抗疲劳性能的重要指标，而断裂韧性则用于评估 材料的抗脆性断裂能力。
02
疲劳的机理
发生的断裂。
疲劳极限
03
材料在无限多次交变载荷作用下不发生疲劳断裂的最大应力。
断裂的定义
断裂
材料在外力作用下发生的不可逆的永久变形，直至破裂成两部分 的现象。
韧性断裂
在塑性变形较大的情况下发生的断裂，断口呈纤维状，无明显结 晶。
脆性断裂
在较低的应力状态下发生的断裂，断口平齐，呈结晶状。
疲劳和断裂的关系
断裂控制技术包括无损检测、损伤容限设计、 断裂韧性试验和结构健康监测等，以实现早期 预警和及时修复。
寿命预测和评估
寿命预测和评估是指对结构或部件在预期寿命内的性能和可靠性进行预测 和评估的方法。
寿命预测和评估基于对材料性能的了解、结构设计和服役环境等因素，采 用概率统计和可靠性分析等方法进行。
寿命预测和评估的结果可用于指导维护和修理计划，以及评估结构的安全 性和经济性，以实现最优化的全寿命周期管理。
疲劳和断裂第四讲
目录
• 疲劳和断裂的基本概念 • 疲劳的机理 • 断裂的机理 • 疲劳和断裂的实验研究 • 疲劳和断裂的工程应用 • 未来研究方向和展望
01
疲劳和断裂的基本概念
疲劳的定义
疲劳
01
在循环载荷或交变载荷作用下，材料内部逐渐产生微小裂纹并
扩展，最终导致断裂失效的现象。
疲劳失效
华中科大疲劳断裂课后习题答案全解全析
结果。最后的断裂，标志着疲劳过程的终结。
1-2 答：典型的疲劳破坏断口的特征：有裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分；裂纹扩展 区断面较光滑，通常有“海带条带”和/或腐蚀痕迹；裂纹源通常在高应力局部或材料缺陷处； 无明显的塑性变形。但是静载破坏的断口是：粗糙、新鲜、无表面磨蚀及腐蚀痕迹。
疲劳与断裂课后习题全解
习题和答案
第一章
1-1 答：根据 ASTM E206—72 中所作的定义有：在某点或者某些点承受扰动应力，且在足够多的循 环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程，称 为疲劳。
根据上述定义，疲劳具有下述特征： 1) 只有在承受扰动应力作用的条件下，疲劳才会发生。 2) 疲劳破坏起源于高应力或者高应变的局部。静载下的破坏，取决于结构整体；疲劳破坏
0
0.06
0.10
0.20
0.39
0.52
0.62
将以上数据在坐标纸中标出数据点，并作出 Goodman 曲线。
2-6 解： Miner 理论：构件在应力水平 Si 下作用 ni 次循环下的损伤为 Di=ni/Ni。若在 k 个应力水平
Si 作用下，各经受 ni 次循环，则可定义其总损伤为：
∑ ∑ k
C = (0.9Su )11.8 ×103 = (0.9 × 430)11.8 ×103 = 3.4276 ×1033
代入（2）式，得：
lg S = 2.84 − 0.08lg N
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断裂与疲劳阶段性作业4
判断题
1. 最大拉应力理论实际上是在以裂纹尖端为圆心的同心圆上比较周向应力得出的准则。
(5分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
2. 对于延性较好的材料，裂纹萌生后有相当长的一段扩展阶段，也应当计入裂纹萌生寿命。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
3. 积分和线弹性断裂力学中的应力场强度因子一样，反映了裂纹顶端的某种力学特性或应力应变场强度。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
4. 积分的守恒性即积分的数值与积分回路无关。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
5. 对于高、中强钢等脆性材料，从裂纹萌生到扩展至小尺寸圆截面试件断裂的时间很短，但对整个寿命的影响很大。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
6. 积分同时在分析过程中不能避开裂纹顶端这个难以直接严密分析的区域。
(6分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
7. 复合型裂纹失稳条件也比较复杂，但其裂纹按裂纹原方向开裂和扩展。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
8. 在同种材料中，两种不同应力条件下其滑移系是不同。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
9. 积分参量可应用于三维非线性弹性体。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
10. 能量平衡断裂理论只能处理裂纹平面与施加拉力方向垂直并沿原来平面扩展的问题。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
填空题
11. 在复合型裂纹问题中，需要主要研究以下两个问题：开裂角度问题和___(1)___ 问题。
(5分)
(1).参考答案:断裂判据
12. 在研究材料的疲劳现象时，除了疲劳断口分析外，人们还注意到在疲劳过程中材料的_ __(2)___ 及材料的性能也会发生许多变化。
(5分)
(1).参考答案:组织结构
13. 若在同一台试验机上可以进行拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种试验，则称为___(3)__ _ 。
(5分)
(1).参考答案:万能试验机
14. 液压油的回路分高压回路、低压回路和___(4)___ 三部分。
(5分)
(1).参考答案:泄压回路
单选题
15. 载荷按产生分类不包括。
(5分)
(A) 机械载荷
(B) 热载荷
(C) 冲击载荷
(D) 电磁载荷
参考答案：C
16. 对结构工程和机械工程使用的三个基本要求不包括。
(5分)
(A) 强度
(B) 韧性
(C) 刚度
(D) 疲劳寿命
参考答案：B
17. 疲劳寿命从设计准则看，不包括。
(5分)
(A) 实际寿命
(B) 安全寿命
(C) 使用寿命
(D) 可靠性寿命
参考答案：A
18. MTS系统不可分为子系统。
(5分)
(A) 机械—动力子系统
(B) 传感—伺服子系统
(C) 采集—控制子系统
(D) 采集—温度子系统
参考答案：D
19. 在某点或某些点承受应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程，称为疲劳。
(5分)
(A) 扰动
(B) 剪切
(C) 表面
(D) 局部
参考答案：A。