疲劳强度分析.doc

疲劳强度分析

疲劳强度疲劳的定义:在循环应力或循环应变的作用下，由于在某一点或某些点的局部永久性结构变化，经过一定次数的循环后形成裂纹或断裂的过程称为疲劳。

疲劳分类:

(1)根据研究对象:材料疲劳和结构疲劳(2)根据失效循环:高循环疲劳和低循环疲劳(3)根据应力状态:单轴疲劳和多轴疲劳(4)根据载荷变化:恒幅疲劳、变幅疲劳、随机疲劳(5)根据载荷工况和工作环境:常规疲劳、高低温疲劳、热疲劳、热机械疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和冲击疲劳。

第一章疲劳破坏和断裂分析的特点1——在循环应力或循环应变的作用下，在某一点或某些点由于局部永久性结构变化而经过一定次数的循环后形成裂纹或断裂的过程称为疲劳。

疲劳分类:

(1)根据研究对象:材料疲劳和结构疲劳(2)根据失效循环:高循环疲劳和低循环疲劳(3)根据应力状态:单轴疲劳和多轴疲劳(4)根据载荷变化:恒幅疲劳、变幅疲劳、随机疲劳(5)根据载荷工况和工作环境:常规疲劳、高低温疲劳、热疲劳、热机械疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和冲击疲劳。

第一章疲劳失效和断裂分析的特点1: (1)在交变切削载荷的作用下，当构件中的交变应力远远小于材料的强度极限()时，就可能发生

失效。(2)无论是脆性材料还是塑性材料，疲劳断裂在宏观上是一种没有明显塑性变形的突然断裂，因此疲劳断裂通常是一种低应力脆性断裂。图1-1磨床砂轮轴的典型断口(3)疲劳损伤往往具有局部性质，并不涉及整个结构的所有材料。如果局部改变详细设计或工艺措施，疲劳寿命可明显提高。(4)疲劳损伤是一个累积损伤过程，需要一定的时间过程，甚至更长的时间过程。实践证明，疲劳断裂由三个过程组成，即(1)裂纹形成(成核)，(2)裂纹扩展，和(3)当裂纹扩展到临界尺寸时的快速(不稳定)断裂。图1-2航空发动机压气机叶片的典型断裂(5)疲劳断裂在宏观和微观两个方面都有其自身的特点，特别是在外场目视检查时可以观察到其宏观特征，有助于我们分析和判断是否是疲劳损伤等。图1-1和l-2显示了一台航空发动机的磨床砂轮轴和压气机叶片的典型断裂。该图显示了疲劳裂纹的起始点(通常称为疲劳源)、疲劳裂纹扩展区(通常称为光滑区)和快速断裂区(也称为瞬时断裂区，通常以粗晶粒表示)。1-2疲劳失效断口的宏观分析:用肉眼或低放大率(如小于25倍)分析断口。微观分析:

断口采用光学显微镜或电子显微镜(包括透射型和扫描型)进行研究。

1、断口宏观分析:

(I)疲劳来源:

它是疲劳损伤的起点，经常发生在表面，特别是在应力集中严重的地方。

是否有内部缺陷(如脆性夹杂物、空洞、化学成分偏析等。)，它

们也可以发生在表皮下或表皮内。

此外，零件相互擦伤的地方也是疲劳损伤开始的地方。(二)平滑区域:

它是疲劳断裂最重要的特征区域，通常以贝壳或海滩波纹的形式出现。这是疲劳裂纹扩展过程中留下的痕迹，主要见于低应力和高周疲劳破坏的断口。图1-用肉眼或低放大率(例如小于25倍)进行的断裂分析。微观分析:

断口采用光学显微镜或电子显微镜(包括透射型和扫描型)进行研究。

1、断口宏观分析:

(I)疲劳来源:

这是疲劳损伤的起点，经常发生在表面，特别是

此外，零件相互擦伤的地方也是疲劳损伤开始的地方。(二)平滑区域:

它是疲劳断裂最重要的特征区域，通常以贝壳或海滩波纹的形式出现。这是疲劳裂纹扩展过程中留下的痕迹，主要见于低应力和高周疲劳破坏的断口。图1:它的大小通常与材料、应力水平和应力集中的存在与否等因素有关。一般来说，当应力高且材料易碎时，快速断裂区的面积较大。

相反，当应力较低且材料的韧性较高时，快速断裂区的面积较小。

图1-当总应力高且材料易碎时，快速断裂区的面积大；

相反，当应力较低且材料的韧性较高时，快速断裂区的面积较小。

图1:在疲劳载荷的作用下，塑性应变的积累与疲劳裂纹的形成密切相关，位错引起的滑移区是疲劳裂纹的最根本原因。表面缺陷或材料内部缺陷起到尖锐缺口的作用，促进疲劳裂纹的形成。(2)疲劳裂纹扩展:

第一阶段:

从疲劳核心开始，沿着滑动区的主滑动面，滑动面与主应力轴成大约45度角。在这一阶段，裂纹扩展非常缓慢，每个应力循环的扩展速度为埃(10-表面缺陷或材料内部缺陷起到尖锐缺口的作用，促进疲劳裂纹的形成。(2)疲劳裂纹扩展:

第一阶段:

从疲劳核心开始，沿着滑动区的主滑动面，滑动面与主应力轴成大约45度角。在这一阶段，裂纹扩展非常慢，每个应力循环的扩展速度为埃(10:裂纹扩展平面和主应力轴约为90o，在这一阶段，每个应力循环的扩展速度约为微米(10-6米)。这个阶段最重要的特征是疲劳条纹的存在。疲劳条纹有两种典型类型，即省略塑料的零件-零件曲线，根据零件曲线进行抗疲劳设计。差异:

(1)无限寿命设计方法采用曲线右侧水平部分，即疲劳极限；

然而，有限寿命设计方法使用曲线左侧部分的对角线部分，即有限寿命部分。(2)无限寿命设计的设计应力低于疲劳极限。因此，低于设计应力的低应力对零件的疲劳强度和寿命没有影响。无论实际工作应力在设计和计算过程中如何变化，只需根据最高应力进行强度校核。如果在最高应力下不会发生疲劳破坏，那么低于最高应力的其他

应力也不会引起问题。然而，有限寿命设计的设计应力一般高于疲劳极限，因此不仅要考虑最高应力，还要根据一定的累积损伤理论来估计总的疲劳损伤。1.等幅应力(1)对称循环部分曲线是名义应力有限寿命设计方法的基础。当然，全尺寸零件的疲劳测试是获得零件曲线的最佳方法。然而，在设计阶段并没有设计和制造零件，而且通常也没有条件这样做。这时，常用的方法是用材料曲线来估计零件曲线。使用该方法进行疲劳设计的步骤如下:

1)可以用以下三种方法制作对称循环下的材料曲线:

(1)从手册或文献中找到所用材料的曲线。(2)对用于获得材料曲线的材料进行疲劳试验。(3)当没有现成的曲线和疲劳试验条件时，可采用简化方法。2)计算校正系数①尺寸系数:

(对于过渡寿命):

当弯曲或扭曲时，它是尺寸系数；

拉伸时:

以下内容:

从1的时间到1的时间，直线在双对数坐标上连接。(2)疲劳缺口系数:

以下内容:

以下内容:

以下内容:

从时间的1到时间的1，直线连接在单对数或双对数的坐标上。

(3)表面处理系数: