疲劳与断裂1.3结构抗疲劳设计方法
机械结构的疲劳与断裂研究
机械结构的疲劳与断裂研究引言当我们使用机械设备时，疲劳和断裂是我们不可忽视的问题。
无论是大型机械设备还是小型家用电器，都可能因为长时间的使用而出现疲劳和断裂现象。
因此，对机械结构的疲劳与断裂进行研究是非常重要的。
本文旨在探讨机械结构的疲劳与断裂原因、预防措施以及相关的应用。
1. 疲劳与断裂基础知识1.1 疲劳和断裂的定义疲劳是指在循环或重复加载作用下，材料或结构会出现无明显塑性变形的损伤现象。
断裂则是指材料或结构在极端加载条件下发生失效，从而导致结构破裂或破碎。
1.2 疲劳与断裂的原因疲劳和断裂的原因有很多，主要包括以下几个方面：- 循环加载：长时间的循环或重复加载会导致结构发生疲劳，尤其是在高应力或低温环境下。
- 动态荷载：突然的冲击负载或振动荷载会导致机械结构疲劳和断裂。
- 材料缺陷：材料的内部缺陷、裂纹或瑕疵会导致结构的疲劳和断裂。
- 锈蚀和腐蚀：长期暴露在潮湿、腐蚀性介质中的机械结构会因锈蚀和腐蚀而发生疲劳和断裂。
- 热膨胀和热应力：由于温度变化引起的结构变形和应力集中会导致疲劳和断裂。
2.1 实验方法实验方法是疲劳与断裂研究的重要手段之一。
通过加载设备和传感器等实验工具，可以对机械结构进行加载实验，并记录下载荷、应变和断裂数据等信息。
实验方法可以帮助我们了解结构的疲劳寿命和失效机制。
2.2 数值模拟数值模拟是一种基于计算机模型的研究方法。
通过建立机械结构的数学模型，运用有限元分析等计算方法，可以模拟不同加载条件下结构的应力变化和位移变形等参数，进而预测结构的疲劳与断裂寿命。
3. 疲劳与断裂预防措施3.1 结构设计优化在机械结构的设计阶段，应该考虑结构的疲劳和断裂问题，并进行优化设计。
例如，合理选择和布置结构的构件和连接方式，减小应力集中情况，避免裂纹和瑕疵等。
3.2 材料选择和处理选择适合的材料对于减轻机械结构疲劳和断裂问题至关重要。
在选择材料时，需要考虑其强度、韧性和耐蚀性等因素。
此外，采取适当的材料处理方法，如热处理和表面处理，可以提高材料的抗疲劳和抗断裂性能。
抗疲劳设计
1954 de Havilland CometComet 68自此以后，人们发现疲劳是许多机械零部件（例如在高强度周期性循环载荷下运行的涡轮机和其他旋转设备）失效的罪魁祸首。
事实证明，有限元分析 (FEA) 是用于了解、预测和避免疲劳的首要工具。
什么是疲劳？设计人员通常认为最重要的安全因素是零部件、装配体或产品的总体强度。
为使设计达到总体强度，工程师需要使设计能够承载可能出现的极限载荷，并在此基础上再加上一个安全系数，以确保安全。
但是，在运行过程中，设计几乎不可能只承载静态载荷。
在绝大多数的情况下，设计所承载的载荷呈周期性变化，反复作用，随着时间的推移，设计就会出现疲劳。
实际上，疲劳的定义为：“由单次作用不足以导致失效的载荷的循环或变化所引起的失效”。
疲劳的征兆是局部区域的塑性变形所导致的裂纹。
此类变形通常发生在零部件表面的应力集中部位，或者表面上或表面下业已存在但难以被检测到的缺陷部位。
尽管我们很难甚至不可能在 FEA 中对此类缺陷进行建模，但材料中的变化永远都存在，很可能会有一些小缺陷。
FEA 可以预测应力集中区域，并可以帮助设计工程师预测他们的设计在疲劳开始之前能持续工作多长时间。
疲劳的机制可以分成三个相互关联的过程：1. 裂纹产生2. 裂纹延伸3. 断裂FEA 应力分析可以预测裂纹的产生。
许多其他技术，包括动态非线性有限元分析可以研究与裂纹的延伸相关的应变问题。
由于设计工程师最希望从一开始就防止疲劳裂纹的出现，本白皮书主要从该角度对疲劳进行阐述。
关于疲劳裂纹增长的讨论，请参阅附录 A。
实际上，疲劳的定义为：“由单次作用不足以导致失效的载荷的循环或变化所引起的失效”。
确定材料的疲劳强度裂纹开始出现的时间以及裂纹增长到足以导致零部件失效的时间由下面两个主要因素决定：零部件的材料和应力场。
材料疲劳测试方法可以追溯到 19 世纪，由 August Wöhler 第一次系统地提出并进行了疲劳研究。
疲劳与断裂力学结构疲劳分析基础课件PPT
疲劳实验测定
耗时耗材
缺口对S-N曲线的影响
缺口敏感系数q
q K f 1 Kt 1
q的取值介于0到1之间，即：
0 q 1
如q=0，则：
Kf 0
无缺口效应
如q=1，则：
K f Kt 对缺口非常敏感
则有：
1 K f Kt
缺口大小和应力梯度对Kf的影响
峰值应力相同 材料损伤相同
平均应力水平较高 Kf较大
（5） 疲劳寿命 可 由 Kt=1.77 ， Sm=212.5MPa 时 拉 杆 的 S-N 曲 线 ， 查
取得到疲劳寿命为：
N=2.34×105
例 题 二 ： 如 图 所 示 一 含 中 心 孔 的 LY12-CZ 铝 合 金 板 ， 板 宽 W=50mm，孔直径D=8mm。名义应力谱见下表，试求其疲劳 寿命。
平均应力水平较低 Kf较小
材料极限强度对Kf的影响
缺口相同 峰值应力相同
低强度钢损伤区大 平均应力水平较低 Kf较小
高强度钢损伤区小 平均应力水平较高 Kf较大
由缺口敏感系数q的定义式可得
K f 1 (Kt 1)q
可见，由q和Kt可以求出Kf。
q的几种典型计算公式：
1、Peterson定义
q
1
解： 1) 修正Neuber方法
首先计算缺口的理论应力集中系数Kt，有: Kt=2.518
再由Peterson公式计算疲劳缺口系数Kf，有: Kf=2.348
最后由修正的Neuber公式计算缺口根部的最大应力 和最大应变。
2) 有限元方法
结论：1）中等塑性范围内，两者十分接近； 2）弹性范围内，Neuber解小于有限元解； 3）大塑性时，Neuber解也小于有限元解。
疲劳与断裂中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
疲劳与断裂中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.表面裂纹问题是问题，其形状一般呈，用表示。
（）参考答案:三维半椭圆形半椭圆形2.下列哪个不是影响疲劳性能的因素（）。
参考答案:材料数量3.传统的应力和应变是以变形后的几何尺寸定义的，称为工程应力（S）和工程应变（e）。
参考答案:错误4.下面关于威布尔分布的描述，错误的是（）。
参考答案:威布尔分布函数是三参数模型，不能退化到二参数情况5.下列关于疲劳破坏特征的描述，哪一个是错误的（）。
参考答案:作用应力水平达到或超过极限应力6.J积分通过线积分利用远处的（）和位移场来描述裂纹尖端的力学特性，与积分路径（）。
参考答案:应力场无关7.材料的循环应力—应变响应可以由循环应力幅—应变幅方程和滞回环方程描述循环滞回行为是其与单调加载条件相比的主要不同之处。
参考答案:正确8.断裂力学需要回答的问题有（）。
① 裂纹是如何扩展的；② 剩余强度与裂纹尺寸的关系如何；③ 控制含裂纹结构破坏与否的参量是什么？如何建立破坏（断裂）的判据；④ 裂纹从某初始尺寸扩展到发生破坏的临界裂纹尺寸时，还有多少剩余寿命。
参考答案:①②③④9.当应变再次达到某值时，并且此前在该值处曾发生过应变变化的反向，则应力—应变曲线将形成反向滞回环，这种行为称为记忆特性。
参考答案:正确10.拉伸平均应力会使疲劳裂纹扩展速率da/dN（）,而腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率da/dN会（）。
参考答案:增大，增高11.标准试件的单轴拉伸可分为四个阶段，分别为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段，最终发生断裂。
参考答案:正确12.关于高载迟滞效应，下列的哪个说法是错误的（）。
参考答案:高载迟滞现象是指在拉伸低载作用后的高载循环中，发生疲劳裂纹扩展速率减缓的现象；13.初始裂纹尺寸相较于材料断裂韧度对裂纹扩展寿命的影响要大得多。
参考答案:正确14.控制疲劳裂纹不发生扩展的条件是【图片】。
参考答案:正确15.J积分和CTOD都是描述裂纹尖端附近区域的弹塑性应力应变场特征的重要参数，它们之间没有必然的联系。
航空器结构设计中的抗疲劳分析方法
航空器结构设计中的抗疲劳分析方法在航空领域，航空器的安全可靠运行是至关重要的。
而航空器结构在长期的使用过程中，会承受各种复杂的载荷和环境因素的影响，容易出现疲劳损伤，从而危及飞行安全。
因此，在航空器结构设计中，抗疲劳分析方法的应用显得尤为关键。
疲劳是指材料、零件或结构在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后，产生局部永久性结构变化，在一定的循环次数后形成裂纹或发生断裂的现象。
对于航空器结构来说，疲劳失效可能导致灾难性的后果，因此在设计阶段就必须充分考虑并采取有效的抗疲劳措施。
在航空器结构设计中，常用的抗疲劳分析方法主要包括以下几种：一、应力分析方法应力分析是抗疲劳分析的基础。
通过对航空器结构在各种载荷条件下的应力分布进行计算和分析，可以确定结构中的应力集中部位，这些部位往往是疲劳裂纹容易萌生和扩展的区域。
常见的应力分析方法有有限元法、边界元法等。
有限元法是目前应用最为广泛的应力分析方法之一。
它将复杂的结构离散为有限个单元，通过建立单元的力学模型和节点的平衡方程，求解得到整个结构的应力分布。
在进行有限元分析时，需要准确地建立结构的几何模型、确定材料属性、施加边界条件和载荷等。
通过有限元分析，可以得到结构在不同工况下的详细应力分布情况，为后续的疲劳分析提供基础数据。
边界元法是另一种有效的应力分析方法，它只需要对结构的边界进行离散和分析，计算量相对较小，但对于复杂的结构和非均匀材料，其应用可能受到一定限制。
二、疲劳寿命预测方法在确定了结构的应力分布后，需要对结构的疲劳寿命进行预测。
疲劳寿命预测方法主要有基于应力寿命（SN）曲线的方法和基于损伤容限的方法。
基于 SN 曲线的方法是通过实验测定材料或结构在不同应力水平下的疲劳寿命，建立应力与寿命之间的关系曲线，即 SN 曲线。
在实际工程中，根据结构所承受的应力水平和 SN 曲线，预测结构的疲劳寿命。
这种方法简单直观，但对于复杂的载荷谱和多轴应力状态，其预测精度可能受到一定影响。
疲劳与断裂
变幅载荷
随机载荷
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Three primary fatigue analysis methods which are the stress-life approach, strainlife approach, and the fracture mechanics approach, will be discussed. These methods have their own region of application with some degree of overlap between them.
二、疲劳破坏机理及断口微观特征
疲劳裂纹萌生机理：
疲劳裂纹的起始或萌生，称为疲劳裂纹成核。 疲劳裂 纹成核 扩展至临 界尺寸 断裂 发生
裂纹起源（裂纹源）在何处？ 高应力处： 1）应力集中处；缺陷、夹杂，或孔、切口、台阶等 2）构件表面； 应力较高，有加工痕迹， 平面应力状态，易于滑移发生。
16
延性金属中的滑移
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疲劳条纹(striation) 不同于海滩条带(beach mark) Cr12Ni2WMoV钢疲劳条纹:(金属学报,85)
透射电镜：1-3万倍
S
谱块
t
循环
条纹
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条带
疲劳裂纹扩展的微观机理 1976 Crooker
Cr12Ni2WMoV钢疲劳断口微观照片:(金属学报,85)
三种破坏形式:
微解理型 microcleavage
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1.5 疲劳问题研究方法
裂纹扩展规律 断裂力学规律
缺口影响 尺寸、光洁度 等影响 平均应力的影响 Goodman直线 Miner 累积损伤理论 雨流计数法
损伤容限设计 构件S-N曲线 （各种修正） 无限寿 命设计 安全寿 命设计
机械设计基础学习如何进行机械结构的疲劳与断裂分析
机械设计基础学习如何进行机械结构的疲劳与断裂分析机械结构的疲劳与断裂分析在机械设计中起着重要的作用。
它是通过对机械结构的应力和载荷进行分析，以评估其在长期疲劳与断裂性能方面的可靠性。
本文将介绍机械结构的疲劳与断裂分析的基本概念、方法以及应用。
一、疲劳分析疲劳是指机械结构在长时间内受到重复或交变载荷作用下产生的损坏现象。
疲劳分析旨在通过计算每一载荷循环下的应力、变形和寿命，来判断机械结构的疲劳可靠性。
疲劳分析的常用方法包括：应力幅和寿命曲线法、极限应力范围法和等效应力法等。
1. 应力幅和寿命曲线法应力幅和寿命曲线法是疲劳分析的常用方法。
它通过实验数据或先进的数值模拟技术，绘制应力幅和寿命曲线，以确定机械结构在给定载荷下的寿命。
该方法的关键是确定应力幅与寿命之间的关系，使得结构的寿命能够满足设计要求。
2. 极限应力范围法极限应力范围法是一种传统的疲劳分析方法。
它通过测量机械结构的局部应力和应变，计算出载荷下的应力范围，以确定结构的疲劳寿命。
这种方法适用于结构受到周期性载荷作用的情况。
3. 等效应力法等效应力法是一种基于线性弹性力学理论的疲劳分析方法。
它将复杂应力状态下的应力转化为等效应力，然后根据疲劳强度曲线来判断结构的寿命。
等效应力法适用于复杂的应力状态和高强度材料。
二、断裂分析断裂是指机械结构在受到过大载荷作用下发生的破坏现象。
断裂分析旨在通过评估机械结构在断裂载荷下的韧性和抗裂性能，从而保证结构在设计寿命内不发生破坏。
断裂分析常用的方法包括：线性弹性断裂力学方法、应力电子显微镜法和断裂韧性试验法等。
1. 线性弹性断裂力学方法线性弹性断裂力学方法是一种基于线弹性断裂力学理论的断裂分析方法。
它通过计算机模拟和理论分析，确定结构的断裂强度和裂纹传播方向，从而判断结构的断裂可靠性。
该方法适用于强度高、应力状态简单的结构。
2. 应力电子显微镜法应力电子显微镜法是一种通过应力电子显微镜观察材料微观组织和裂纹扩展的方法，来评估结构的断裂性能。
疲劳与断裂疲劳寿命预测和抗疲劳设计.pptx
实验数据应在预测值及其分散带内。
有较普遍的适用范围。 适用于不同的载荷
谱、不同的材料、构件和环境，至少也 要知道该方法的正确性条件。 不要求过多的、逐一硬配的实验参数。 计算费用低，至少要比实物疲劳试验低。 最好能用于裂纹起始和扩展二阶段寿命预测。
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基实 础际
利用实际谱序实验结果的方法。例如，相 对Miner理论，Wheeler迟滞模型等。
谱
的
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影
响
3
3. 疲劳设计方法
无限寿命设计：不萌生裂纹： SaSf 裂纹不扩展： KKth
有限寿命设计：依据S-N、-N曲线和Miner理 论、相对Miner理论进行。
恒幅载荷
S-N曲线 -N曲线
和裂纹超过数概率 P(t, x) (0) a
P(Te,x)=Pallow
x=ae
任意时刻的裂纹尺寸分布 Fa(t)(x)=Pr[a(t)x]=Pr[a(0)y]
Fa(0)(y) y=W(t,x) y
x
=Fa(0)(y)=Fa(0)[W(x,t)]
0
Fa(t) (x)
t
Te
t时刻结构出现尺寸大于x之裂纹的概率则为：
素
a (0)
x=a
e
F (y)
(0)
y=W(t,x)
a
y
结构损伤随时
间的变化。
0
P(T ,x)=P
e
allow
x
F (x) a(t)
t
T e
一个判据
维修经济性的定量评价。
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耐久性分析主要研究内容：
1) 定量描述结构的初始疲劳质量(IFQ)。 --当量初始裂纹尺寸分布Fa(0)(y)。
疲劳与断裂-讲课PPT课件
重大事故，平均每年100次。(不包括中、苏) Int. J. Fatigue, Vol.6, No.1, 1984
工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破 坏的50-90%，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。
.
8
1993年，美国政府报告 ( PB94-143336, 1993)发 表了1973-1990年期间的飞机使用故障统计结果，表 中列出了四种常用机型的数据。
SDR-使用故障报告 （美国） （1973-1990)
机型
Boeing 727 737 747
DC-9
SDR 报告总次数 飞机数 报告数 2364 36315 1097 15437
各种方法互相补充，适应不同设计需求， 不是相互取代的。
.
1.4 疲劳破坏机理与断口特征
14
一、断口宏观特征
典型疲劳断口，特征明显： 1)有裂纹源、裂纹扩展区和
最后断裂区三个部分。 2)裂纹扩展区断面较光滑，
通常可见 “海滩条带”, 还可能有腐蚀痕迹。
裂纹扩展区 海滩条带 最后断裂区
裂纹源
飞孔机边轮角毂裂疲纹劳断断口口
.
疲劳断口观察工具与观察内容的关系:
22
观察 肉眼，放大镜 金相显微镜 工具
电子显微镜
放大 倍数
1-10×
10-1000× 1000×以上
观察 宏观断口， 裂纹源，滑移， 条纹，微解理 对象 海滩条带； 夹杂，缺陷； 微孔聚合
.
4. 由疲劳断口进行初步失效分析
23
断口宏观形貌: 是否疲劳破坏? 裂纹临界尺寸? 破坏载荷？ 是否正常破坏？
疲劳与断裂讲课课件
材料因素
材料类型
不同材料的疲劳性能和断裂韧性各不相同，如金属、塑料、陶瓷 等。
材料微观结构
晶粒大小、相组成、微观缺陷等都会影响材料的疲劳性能和断裂韧 性。
材料成分
化学成分的差异也会影响材料的疲劳性能和断裂韧性，例如合金元 素对金属的疲劳性能有显著影响。
环境因素
温度
01
温度对材料的疲劳性能和断裂韧性有显著影响，有些材料在高
热处理和表面处理
对材料进行适当的热处理和表面处理，以提高其力学性能和抗疲 劳性能，进一步增强结构的耐久性。
质量检测
进行严格的质量检测，确保每个制造环节都符合设计要求和质量 标准，及时发现并处理潜在的问题。
使用阶段
定期检查和维护
建立定期检查和维护制度，对关键部位进行重点检查，及时发现 并修复疲劳裂纹和损伤，以延长结构的使用寿命。
总结词
汽车疲劳断裂事故分析
详细描述
汽车疲劳断裂事故通常是由于汽车零部件在承受重复载荷和热载荷时发生的。这个案例将分析汽车的 结构设计、材料选择以及断裂发生的过程，并讨论如何通过疲劳试验和无损检测来评估汽车的疲劳寿 命。此外，还会讨论汽车维护和检查的重要性，以及如何预防疲劳断裂的发生。
THANKS
感谢观看
载荷分析
准确分析结构所承受的载荷，以确定疲劳和断裂的关键区域，从而 进行针对性的优化设计。
优化设计
采用先进的计算和分析工具，对结构进行优化设计，以降低应力集中 和改善受力分布，从而减少疲劳和断裂的风险。
制造阶段
加工制造
确保制造过程中的精确性和一致性，以减小制造误差和残余应力 ，从而降低疲劳和断裂的可能性。
温下容易发生蠕变或热疲劳。
湿度
02
焊接结构抗疲劳设计
焊接结构抗疲劳设计
焊接结构的抗疲劳设计是为了确保焊接结构在长时间使用中不会发生疲劳损伤，提高其使用寿命和安全性。
以下是一些常用的抗疲劳设计原则：
1. 选择合适的焊接材料：焊接材料的选择应考虑其强度、耐腐蚀性和疲劳性能。
常用的焊接材料包括碳钢、不锈钢和铝合金等。
2. 合理设计焊缝形状和尺寸：焊缝的形状和尺寸应根据受力情况和材料强度进行合理设计。
焊缝的过度加大、缩小或不连续会导致应力集中，增加疲劳损伤的风险。
3. 控制焊接质量：焊接过程中应控制好焊接温度、焊接速度和焊接夹角等参数，保证焊接质量。
焊接缺陷如焊孔、气孔和裂纹等会降低焊接结构的疲劳强度。
4. 增加结构强度：可以通过增加结构的截面尺寸、壁厚或使用加强件来提高结构的强度，减少应力集中和疲劳损伤的可能性。
5. 使用适当的焊接工艺：选择合适的焊接方法和焊接工艺参数，如手工弧焊、气体保护焊和激光焊等，以确保焊接接头的质量和疲劳强度。
6. 进行适当的焊后热处理：一些焊接结构可以通过焊后热处理来改善其疲劳性能。
常见的热处理方法包括退火、正火和淬火等。
7. 进行适当的应力分析和寿命评估：通过有限元分析等方法对焊接结构的应力分布进行评估，并根据预测的寿命来确定结构的设计寿命，以避免过早疲劳失效。
总之，抗疲劳设计需要综合考虑焊接材料、焊接质量、结构强度和焊接工艺等因素，以确保焊接结构在长时间使用中具有足够的抗疲劳性能。
疲劳与断裂综述
论文题目：疲劳与断裂综述院（系）材料与化工学院专业材料工程姓名学号目录1 绪论 (3)1.1 疲劳及断裂力学发展............................................. 3..1.2 疲劳与断裂力学的关系............................................ 3..1.3 疲劳设计方法4...2 疲劳现象及特点4...2.1 变动载荷和循环应力.............................................. 4..2.2 疲劳现象及特点................................................. 5...2.3 疲劳断口宏观特征................................................ 5..3 疲劳过程及机理6...3.1 疲劳裂纹萌生过程及机理........................................... 6..3.2 疲劳裂纹扩展过程及机理.......................................... 7..4 疲劳影响因素及应对措施................................................ 8..4.1 疲劳强度影响因素................................................. 8..4.2 提高疲劳强度的措施.............................................. 9..5 结束语............................................................. 1..0.1 绪论1.1 疲劳及断裂力学发展日内瓦的国际标准化组织（ISO）在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中给疲劳下了一个描述性定义：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能叫疲劳” 。
浅论钢结构的脆性断裂和抗疲劳设计
未达到材料的抗拉 强度 ， 甚至还低于屈服点 。 尤其是在焊接 结构
大量取代铆接结构 的过程 中， 脆断发生频率一度增高 ， 中不 乏 其 后果严重者。究其 原因， 有如下 一些 ：
（） １焊缝缺陷的存在， 使裂纹萌生的概率增大 。
（） 缝结构 中数值可观 的残 余应力 ， 为初 应力场 ， ２焊 作 与荷 载应 力场 的叠加可导致 驱动开裂 的不利应力组合 。 （） ３ 焊缝连接通 常使得结 构的刚度增大 ， 结构的变形 ， 括 包 塑性 变形的发展得 到更 大的限制 。尤其 是三 角焊缝 在空间相互
低温 的 结构 要 选 择 高 韧 性 的材 质 来 避 免 脆 性破 坏 发 生 。
为 了防止脆性破坏 ， 需要从五个方面着手： （） １正确选用钢材， 使之具有足够 的韧性 Ｋ 。 目前工程中常
破坏 （ 如在钢 筋混凝土结构 中避免设计超筋 梁） 其道理就在于 ，
此。
用冲击韧 性作为 材料韧性 指标 ，因其试样 截面一 律用 １ｍｍｘ ０
疲劳 。
还使钢结构具有优越 的抗震性能。
（） ２ 材质 均匀 ， 和力学计算 的假定 比较符合。钢材 内部组织 比较接近于匀质和各 向同性体 ，而 且在一定 的应力幅度 内几乎 是完全弹性的。
（） ５ 氢脆疲劳： 氢可 以在冶炼和焊接过程 中侵入 金属造成材 料韧性降低而可能导致 的断裂。焊条在 使用前需要烘干 ， 就是 为
为， 强度越高则对 应力腐蚀断裂越敏感。其 中， 尤其是含碳量高 的钢材表现 出对应力腐蚀断裂 比较敏感 。
（） 量减小初 始裂 纹的尺寸， ２尽 避免在构造处理 中形 成类 似 于裂纹的间隙。 对于焊接结构来说 ， 减小初始裂纹尺寸主要是保 证焊缝质量 ， 限制和避免焊接缺陷。焊缝表面不得有裂纹。焊缝
抗疲劳设计
抗疲劳设计1、疲劳的概念疲劳是指材料在循环应力和应变作用下，在一处或者几处逐渐产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数产生裂纹或者突然发生完全断裂的过程。
2、疲劳破坏失效的特点金属零件在使用中发生疲劳破坏的特点：（1）突发性；（2）高度局部性；（3）对各种缺陷的敏感性。
3、疲劳破坏机理金属的疲劳破坏可以分为疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展和失稳断裂三个阶段。
（1）疲劳裂纹萌生疲劳裂纹萌生是由塑形应变集中引起，有三种常见的萌生方式：滑移带开裂，晶界或孪晶界开裂，夹杂物或相与基体的界面开裂。
其中，滑移带开裂不但是最常见的疲劳裂纹萌生方式，也是三种萌生方式中最基本的一种。
（2）疲劳裂纹扩展疲劳裂纹扩展可以分为第Ⅰ阶段裂纹扩展和第Ⅱ阶段裂纹扩展两个阶段。
其中，第Ⅰ阶段裂纹扩展在断口上一般并不留下任何痕迹，第Ⅱ阶段裂纹扩展则常留下“条带”的显微特征。
（3）失稳断裂失稳断裂是疲劳破坏的最终阶段，它与前两个阶段不同，是在一瞬间突然发生的。
4、疲劳破坏的原因影响机械零件疲劳强度的因素很多，归纳起来可以从内因（材料的化学成分、组织、内部缺陷、材料强韧化、材料的选择及热处理状况等）和外因（零件几何形状及表面状态、装配与连接、使用环境因素、结构设计、载荷特性等）两个方面来考虑。
（1）缺口效应在机械零件中，由于结构上的要求，一般都存在有槽沟、轴肩、孔、拐角、切口等截面变化，这些截面变化称之为缺口。
在这些缺口处，不可避免地要产生应力集中，而应力集中又必然使零件的局部应力提高。
当零件承受静载荷时，由于常用的结构材料都是延性材料，有一定的塑形，在破坏以前有一个宏观塑形变形过程，使零件上的应力重新分配，自动趋于均匀化，因此，缺口对零件的静强度一般没有多大的影响。
疲劳破坏的情形完全不同，这时截面上的名义应力尚未达到材料的屈服极限，因此破坏以前不产生明显的宏观塑性变形。
这样便使得应力集中处的疲劳强度比光滑部分底，常常成为零件的薄弱环节。
因此，抗疲劳设计时必须考虑缺口效应。
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疲劳与断裂
土木工程与力学学院
1.3结构抗疲劳设计方法
1.3.1 无限寿命设计
德国工程师 Wöhler早在19世纪中叶就在试验中发现，在一定应力比的条件下，应力幅越大，疲劳寿命越短。
无限寿命设计的条件：
对于消耗材料不多而又需要频繁使用零、构件，无限寿命设计是一种简单而合理的方法。
发动机气缸阀门顶杆弹簧
1.3.2 安全寿命设计以确保结构件在目标寿命期内不发生疲
劳破坏，这就是安全寿命设计。
如果知道在给定应力比下，与目标寿
命对应的疲劳强度，然后通过
控制循环应力幅，使其满足：
民用飞机、容器、管道、汽车等，大都采用安全寿命设计。
民用飞机压力容器
管道汽车
1.3.3 损伤容限设计
裂纹就是安全的；
则否则 根据疲劳与断裂理论，如果结构中的某个裂纹在定期检查能够发现之前，不会扩展到足以引起破坏，
就要进行维修处理。
损伤容限设计方法的思路：
要选用韧性较好、裂纹扩展缓慢的材料，从而保证有足够大的临界裂纹尺寸和充分的裂纹扩展时间，来安排定期检查。
损伤容限设计以：
定期检
查制度保证设备安全必须在裂纹到达临界尺寸前安排定期检查，并且检出裂纹。
因此
1.3.4 耐久性设计
结构使用到某一寿命时，发生不能经济修理的广
布损伤，而不修理又可能引起结构的功能问题。
经济寿命耐久性设计是在结构的抗疲劳设计中引入维修经济性指标。
1
细节（如孔、槽、圆弧、台阶等）处的初始疲劳质量
2
与材料、设计、制造
质量相关的初始疲劳
损伤状态
3
服役期间损伤状
态的发展和演化
1.3.4 耐久性设计
耐久性设计的目的：确定经济寿命，制定使用、维修方
耐久性设计的基础和条件：
1.3结构抗疲劳设计方法
1.3.4 耐久性设计
由仅考虑安全，发展到综合考虑安全、功能及使用经济性。
耐久性设计的先进性：
12由原来不考虑裂纹或仅考虑少数最严重的单个裂纹，发展到考虑全部可能出现的裂纹群；。