最新3疲劳强度第三章汇总
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一般地说，零件的疲劳强度随其尺寸的增大而降低。因 此 这 是 一 个 值 得 注 意 的 问 题 ，因 为 材 料 的 疲 劳 强 度 总 是 用 小 试 件 来 试 验 的 ，得 到 的 疲 劳 强 度 数 值 就 比 实 际 使 用 中 大 部 件 能承受的值要高，如果不加修正是不安全的。
百度文库2020/8/11
某加工试件的疲劳强度
精抛光试件的疲劳强度
2020/8/11
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§3-3 表面加工及表面处理
提高金属疲劳强度的方法： 1、 表面处理 由于表面状态对金属的疲劳强度有着重要的影 响，通过各种表面处理的方法来提高金属的疲劳 强度。对于钢材可以通过表面化学热处理，如表 面渗碳、渗氮、氰化和表面淬火，加高频电表面 淬火、火焰加热表面淬火等。
另一种情况是在循环应力和腐蚀介质联合作用下引起 的裂纹和破坏，即腐蚀疲劳。
这里的腐蚀主要是指的这种破坏，并着重讨论腐蚀介 质对疲劳强度的影响。
2020/8/11
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§3-4 腐蚀与擦伤
腐蚀对疲劳强度的影响可用腐蚀系数来表示：
2020/8/11
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§3-1 应力集中的影响
计算敏感系数的经验公式（ r 为缺口根部半径）
q 1
或
1 (a / r)
q 1 1 a/r
若考虑缺口张开角 的影响：
q
1
1 a
r
a 其中，材料常数 与晶粒尺寸和材料的强度极限有关。
2020/8/11
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§3-2 尺寸效应
零 件 的 尺 寸 对 疲 劳 强 度 也 有 较 大 的 影 响 ，这 是 同 应 力 梯 度有关的。
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§3-2 尺寸效应
描述尺寸大小对疲劳强度的影响引入尺寸系数 来表示， 即
(Se)d
Se
即无缺口光滑大试件疲劳强度和无缺口光滑小试件的疲劳 强度之比。
所 谓 小 试 件 ， 通 常 指 直 径 为 6 ～ 1 0 毫 米 的 试 件 。
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§3-2 尺寸效应
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§3-2 尺寸效应
影响尺寸效应的因素很多，归纳为两大类：
•
1、 工艺因素。
•
2、 比例因素。
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§3-2 尺寸效应
尺寸对疲劳强度影响的主要解释： （1）尺寸不同，在相同的承力形式下，零件的应力梯度 不同（如果最大应力值相同）大尺寸零件的高应力区域大， 从统计概率的角度看，产生疲劳裂纹的概率大。 （2）大尺寸零件中包含了更多可能产生疲劳裂纹的不利 因素。 （3）加工零件时，表面将有一些硬化，在很多情况下硬 化常可提高持久极限，相对来说对小试件的影响较大。
尺寸系数 的特点：
(1) 尺寸系数 是小于 1 的系数。
(2) 尺寸系数与加载方式有关。
(3) 钢的强度极限愈高，其尺寸系数愈小，尺寸效应愈大。
(4) 具有较大的分散性。尺寸效应对疲劳强度的影响同材料 内部结构的均匀性以及表面加工状态等因素有关，同时 还同材料的强度有关。
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§3-3 表面加工及表面处理
疲劳裂纹常常从试件的表面开始，因为最大应力 一般发生在零件表面层。另外，在表面层缺陷区往往 最多。
所以，金属零件的表面层状态对疲劳强度会有显 著的影响。
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§3-3 表面加工及表面处理
通常表面层状态指表面加工光洁度、表面层的组织结 构及应力状态等。
一般说疲劳强度随表面光洁度的提高而增加。反之， 如果表面加工愈粗糙，疲劳强度的降低就越严重，而且这 种影响通常对强度越高的钢越明显。表面光洁度对疲劳强 度的影响可用表面敏感系数 来表示，即
可以认为相似于封闭管道内流体的流动。
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图3-1 从力流线的角度认识应力集中
§3-1 应力集中的影响
定 量 分 析 方 法 ： 在 静 载 荷 作 用 下 构 件 局 部 应 力 的 严 重 程 度 可 以 由 “ 理 论 应 力 集 中 系 数 Kt ” （ 也 称 为 “ 几 何 应 力 集 中 系 数 ” ） 来 表 示 。 Kt定 义 为
3疲劳强度第三章
2020/8/11
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第三章 影响疲劳强度的一些因素
§3-1 应力集中的影响
大量疲劳破坏事故和试验研究都曾表明，疲劳源总是出现 在应力集中的地方。应力集中使结构的疲劳强度降低，对疲劳 强度有较大影响，而且是影响疲劳强度的诸因素中起主要作用 的一个因素。应力集中对静力强度的影响程度与材料的性质有 关。
最大局部弹性应力 Kt 名义应力
理论应力集中系数与材料无关，而只与结构形式有关。
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§3-1 应力集中的影响
名义应力：
n
(W
P
d)
理论应力集中系数：
Kt
max n
§3-1 应力集中的影响
应力集中对疲劳强度有显著影响，但其影响程度并不直 接由理论应力集中系数所决定，而是由所谓的“疲劳强度降 低系数”Kf 决定的。
Kf 有时也称为“有效疲劳应力集中系数”或“疲劳缺口
系数”等。Kf 的定义是
光滑试件的疲劳强度
K f
缺口试件的疲劳强度
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§3-1 应力集中的影响
引入“敏感系数” q的概念，以q 来表示材料 对应力集中的敏感程度。q被定义为
q K f 1 Kt 1
q值 的 决 定 可 以 根 据 试 验 得 到 。 也 可 以 由 经 验 公 式 确 定 。 一 般 地 ， q为 缺 口 张 开 角 、 缺 口 根 部 半 径 和 材 料 常 数 的 函 数 。
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§3-1 应力集中的影响
对脆性材料影响较大，对塑性较好的 材料则影响较小。
为什么？
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§3-1 应力集中的影响
因为对于塑性较好的材料，静载荷作 用下，破坏前构件内的应力已趋于均匀 化。
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§3-1 应力集中的影响
定性分析方法：力流线 从几何意义上说，构件内的应力分布
2、表面冷作硬化 提高金属零件疲劳强度的另一途径是表面冷作变 形，例如滚压、滚压抛光和喷丸等强化处理。表 面滚压会使金属表面层加工硬化并形成较高的残 余压应力，从而提高疲劳强度。
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§3-4 腐蚀与擦伤
腐蚀介质（包括大气）对金属材料的疲劳断裂的影响 可分两种情况：
一种情况是金属材料在静的拉应力和某些介质的作用 下会产生腐蚀裂纹及裂纹扩展，并引起破坏，这就是应力腐 蚀。
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某加工试件的疲劳强度
精抛光试件的疲劳强度
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§3-3 表面加工及表面处理
提高金属疲劳强度的方法： 1、 表面处理 由于表面状态对金属的疲劳强度有着重要的影 响，通过各种表面处理的方法来提高金属的疲劳 强度。对于钢材可以通过表面化学热处理，如表 面渗碳、渗氮、氰化和表面淬火，加高频电表面 淬火、火焰加热表面淬火等。
另一种情况是在循环应力和腐蚀介质联合作用下引起 的裂纹和破坏，即腐蚀疲劳。
这里的腐蚀主要是指的这种破坏，并着重讨论腐蚀介 质对疲劳强度的影响。
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§3-4 腐蚀与擦伤
腐蚀对疲劳强度的影响可用腐蚀系数来表示：
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§3-1 应力集中的影响
计算敏感系数的经验公式（ r 为缺口根部半径）
q 1
或
1 (a / r)
q 1 1 a/r
若考虑缺口张开角 的影响：
q
1
1 a
r
a 其中，材料常数 与晶粒尺寸和材料的强度极限有关。
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§3-2 尺寸效应
零 件 的 尺 寸 对 疲 劳 强 度 也 有 较 大 的 影 响 ，这 是 同 应 力 梯 度有关的。
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§3-2 尺寸效应
描述尺寸大小对疲劳强度的影响引入尺寸系数 来表示， 即
(Se)d
Se
即无缺口光滑大试件疲劳强度和无缺口光滑小试件的疲劳 强度之比。
所 谓 小 试 件 ， 通 常 指 直 径 为 6 ～ 1 0 毫 米 的 试 件 。
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§3-2 尺寸效应
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§3-2 尺寸效应
影响尺寸效应的因素很多，归纳为两大类：
•
1、 工艺因素。
•
2、 比例因素。
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§3-2 尺寸效应
尺寸对疲劳强度影响的主要解释： （1）尺寸不同，在相同的承力形式下，零件的应力梯度 不同（如果最大应力值相同）大尺寸零件的高应力区域大， 从统计概率的角度看，产生疲劳裂纹的概率大。 （2）大尺寸零件中包含了更多可能产生疲劳裂纹的不利 因素。 （3）加工零件时，表面将有一些硬化，在很多情况下硬 化常可提高持久极限，相对来说对小试件的影响较大。
尺寸系数 的特点：
(1) 尺寸系数 是小于 1 的系数。
(2) 尺寸系数与加载方式有关。
(3) 钢的强度极限愈高，其尺寸系数愈小，尺寸效应愈大。
(4) 具有较大的分散性。尺寸效应对疲劳强度的影响同材料 内部结构的均匀性以及表面加工状态等因素有关，同时 还同材料的强度有关。
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§3-3 表面加工及表面处理
疲劳裂纹常常从试件的表面开始，因为最大应力 一般发生在零件表面层。另外，在表面层缺陷区往往 最多。
所以，金属零件的表面层状态对疲劳强度会有显 著的影响。
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§3-3 表面加工及表面处理
通常表面层状态指表面加工光洁度、表面层的组织结 构及应力状态等。
一般说疲劳强度随表面光洁度的提高而增加。反之， 如果表面加工愈粗糙，疲劳强度的降低就越严重，而且这 种影响通常对强度越高的钢越明显。表面光洁度对疲劳强 度的影响可用表面敏感系数 来表示，即
可以认为相似于封闭管道内流体的流动。
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图3-1 从力流线的角度认识应力集中
§3-1 应力集中的影响
定 量 分 析 方 法 ： 在 静 载 荷 作 用 下 构 件 局 部 应 力 的 严 重 程 度 可 以 由 “ 理 论 应 力 集 中 系 数 Kt ” （ 也 称 为 “ 几 何 应 力 集 中 系 数 ” ） 来 表 示 。 Kt定 义 为
3疲劳强度第三章
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第三章 影响疲劳强度的一些因素
§3-1 应力集中的影响
大量疲劳破坏事故和试验研究都曾表明，疲劳源总是出现 在应力集中的地方。应力集中使结构的疲劳强度降低，对疲劳 强度有较大影响，而且是影响疲劳强度的诸因素中起主要作用 的一个因素。应力集中对静力强度的影响程度与材料的性质有 关。
最大局部弹性应力 Kt 名义应力
理论应力集中系数与材料无关，而只与结构形式有关。
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§3-1 应力集中的影响
名义应力：
n
(W
P
d)
理论应力集中系数：
Kt
max n
§3-1 应力集中的影响
应力集中对疲劳强度有显著影响，但其影响程度并不直 接由理论应力集中系数所决定，而是由所谓的“疲劳强度降 低系数”Kf 决定的。
Kf 有时也称为“有效疲劳应力集中系数”或“疲劳缺口
系数”等。Kf 的定义是
光滑试件的疲劳强度
K f
缺口试件的疲劳强度
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§3-1 应力集中的影响
引入“敏感系数” q的概念，以q 来表示材料 对应力集中的敏感程度。q被定义为
q K f 1 Kt 1
q值 的 决 定 可 以 根 据 试 验 得 到 。 也 可 以 由 经 验 公 式 确 定 。 一 般 地 ， q为 缺 口 张 开 角 、 缺 口 根 部 半 径 和 材 料 常 数 的 函 数 。
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§3-1 应力集中的影响
对脆性材料影响较大，对塑性较好的 材料则影响较小。
为什么？
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§3-1 应力集中的影响
因为对于塑性较好的材料，静载荷作 用下，破坏前构件内的应力已趋于均匀 化。
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§3-1 应力集中的影响
定性分析方法：力流线 从几何意义上说，构件内的应力分布
2、表面冷作硬化 提高金属零件疲劳强度的另一途径是表面冷作变 形，例如滚压、滚压抛光和喷丸等强化处理。表 面滚压会使金属表面层加工硬化并形成较高的残 余压应力，从而提高疲劳强度。
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§3-4 腐蚀与擦伤
腐蚀介质（包括大气）对金属材料的疲劳断裂的影响 可分两种情况：
一种情况是金属材料在静的拉应力和某些介质的作用 下会产生腐蚀裂纹及裂纹扩展，并引起破坏，这就是应力腐 蚀。