疲勞斷口的主要特點(diǎn)

1、疲勞斷口的主要特點(diǎn)標(biāo)簽：斷口，主要特點(diǎn) U祁月 總 回答:1人氣:1提問(wèn)時(shí)間:2010-01-20 14:51答案為便于分析研究，常按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類： 高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平 較低，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于104105的疲勞，彈簧、傳動(dòng)軸等的疲勞屬此類。低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于 零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于104105的疲勞，如壓力容器、燃?xì)廨啓C(jī)零件等的疲勞。實(shí)踐表 明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考慮存活率（即可靠度）的問(wèn)題。具有存活率p （如95%、99%、99.9%）的疲勞壽命Np的含義是：母體（總體）中有

2、p的個(gè)體的疲勞壽命大于Np。而破壞概率等于（1 p ）。常規(guī)疲勞試驗(yàn)得到的S-N曲線是p= 50%的曲線。對(duì)應(yīng)于各存活率的p的S-N曲線稱為p-S-N曲線。疲勞fatigue材料、零件和構(gòu)件在循環(huán)加載下，在某點(diǎn)或某些點(diǎn)產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進(jìn) 一步擴(kuò)展直到完全斷裂的現(xiàn)象。研究簡(jiǎn)史有記載的最早進(jìn)行疲勞試驗(yàn)是德國(guó)的W.A.艾伯特。法國(guó)的J.-V.彭賽列首先論述了疲勞問(wèn)題并提出疲勞”這一術(shù)語(yǔ)。但疲勞研究的奠基人則是德國(guó)的 A.沃勒，他在19世紀(jì)5060年代最早得到表征疲勞性能的 S-N曲線并提出疲 勞極限的概念。20世紀(jì)50年代P.J.E.福賽思首先觀察到疲勞過(guò)程

3、中在滑移帶內(nèi)有金屬薄片擠出的現(xiàn)象。隨后N.湯普孫等人發(fā)現(xiàn)這種滑移帶不易用電解拋光去掉，稱為駐留滑移帶”。后來(lái)證明，駐留滑移帶常常成為裂紋源。1924年德國(guó)的J.V.帕姆格倫在估算滾動(dòng)軸承壽命時(shí)，假設(shè)軸承的累積損傷與其轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)成線性關(guān)系。1945年美國(guó)M.A.邁因納明確提出了疲勞破 壞的線性損傷累積理 論，也稱為帕 姆 格倫-邁因納定律，簡(jiǎn)稱邁因納定律。此后，斷裂力學(xué)的進(jìn)展 豐富了傳統(tǒng)疲勞理論的內(nèi)容，促進(jìn)了疲勞理論的發(fā)展。用概率統(tǒng)計(jì)方法處理疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是20世紀(jì)20年代開(kāi)始的。60,開(kāi)始了概率統(tǒng)計(jì)理論年代后期，概率疲勞分析和設(shè)計(jì)從電子產(chǎn)品發(fā)展到機(jī)械產(chǎn)品，于是在航空、航天工業(yè)的先導(dǎo)下 在疲勞設(shè)計(jì)

4、中的應(yīng)用。循環(huán)應(yīng)力 在工程上引起的疲勞破壞的應(yīng)力或應(yīng)變有時(shí)呈周期性變化，有時(shí)是隨機(jī)的。在疲勞試驗(yàn)中人們常常把它們簡(jiǎn)化成等幅應(yīng)力循環(huán)的波形，并用一些參數(shù)來(lái)描述。圖1中omax和omin是循環(huán)應(yīng)力的最大和最小代數(shù)值；丫 = cmin/ <max 是應(yīng)力比；<m =（ <max+ <min ） /2是平均應(yīng)力；oa=（<max <min）/2是應(yīng)力幅。當(dāng)cm = 0時(shí)，omax與<min的絕對(duì)值相等而符號(hào)相反， 汽11，稱為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力；當(dāng)cmin = 0時(shí)，汽0稱為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力。曲線S-N曲線中的S為應(yīng)力（或應(yīng)變）水平，N為疲勞壽命。S-N曲線是由試驗(yàn)測(cè)定

5、的，試樣采用標(biāo)準(zhǔn)試樣或?qū)嶋H零 件、構(gòu)件，在給定應(yīng)力比丫的前提下進(jìn)行，根據(jù)不同應(yīng)力水平的試驗(yàn)結(jié)果，以最大應(yīng)力omax或應(yīng)力幅 拓為縱坐標(biāo)，疲勞壽命N為橫坐標(biāo)繪制S-N曲線（圖2）。當(dāng)循環(huán)應(yīng)力中的<max小于某一極限值時(shí)，試樣可經(jīng)受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán) 而不產(chǎn)生疲勞破壞，該極限應(yīng)力值就稱為疲勞極限，圖2中S-N曲線水平線段對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)就是疲勞極限。而左邊斜線段上每一點(diǎn)的縱坐標(biāo)為某一壽命下對(duì)應(yīng)的應(yīng)力極限值，稱為條件疲勞極限。疲勞特征零件、構(gòu)件的疲勞破壞可分為3個(gè)階段：微觀裂紋階段。在循環(huán)加載下，由于物體的最高應(yīng)力通常產(chǎn)生于 表面或近表面區(qū)，該區(qū)存在的駐留滑移帶、晶界和夾雜，發(fā)展成為嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)并

6、首先形成微觀裂紋。此后，裂紋 沿著與主應(yīng)力約成45。角的最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展，裂紋長(zhǎng)度大致在 0.05毫米以內(nèi)，發(fā)展成為宏觀裂紋。 宏觀裂紋擴(kuò)展階 段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展。 瞬時(shí)斷裂階段。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時(shí)，物體就會(huì)在某一次加載下突然斷裂。對(duì)應(yīng)于疲勞破壞的3個(gè)階段，在疲勞宏觀斷口上出現(xiàn)有疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展和瞬時(shí)斷裂3個(gè)區(qū)（圖3）。疲勞源區(qū)通常面積很小，色澤光亮，是兩個(gè)斷裂面對(duì)磨造成的；疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)通常比較平整， 具有表征間隙加載、應(yīng)力較大改變或裂紋擴(kuò)展受阻等使裂紋擴(kuò)展前沿相繼位置的休止線或海灘花樣；瞬斷區(qū)則具有靜載 斷口的形貌，表面呈現(xiàn)較粗糙的顆粒

7、狀。掃描和透射電子顯微術(shù)揭示了疲勞斷口的微觀特征，可觀察到擴(kuò)展區(qū)中每一應(yīng) 力循環(huán)所遺留的疲勞輝紋。疲勞壽命在循環(huán)加載下，產(chǎn)生疲勞破壞所需應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù)。對(duì)零件、構(gòu)件出現(xiàn)工程裂紋以前的疲勞壽命稱為 裂紋形成壽命。工程裂紋指宏觀可見(jiàn)的或可檢的裂紋，其長(zhǎng)度無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，一般在0.21.0毫米范圍內(nèi)。自工程裂紋擴(kuò)展至完全斷裂的疲勞壽命稱為裂紋擴(kuò)展壽命?？倝勖鼮閮烧咧?。因工程裂紋長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于金屬晶粒尺寸，故可將裂紋 作為物體邊界，并將其周?chē)牧弦曌骶鶆蜻B續(xù)介質(zhì)，應(yīng)用斷裂力學(xué)方法研究裂紋擴(kuò)展規(guī)律。由于S-N曲線是根據(jù)疲勞試驗(yàn)直到試樣斷裂得出的，所以對(duì)應(yīng)于S-N曲線上某一應(yīng)力水平的疲勞壽命 N是總壽命。

8、在疲勞的整個(gè)過(guò)程中，塑 性應(yīng)變與彈性應(yīng)變同時(shí)存在 。當(dāng)循環(huán)加載的應(yīng)力水平較低時(shí) ，彈性應(yīng)變起主導(dǎo)作用；當(dāng)應(yīng)力水平逐漸提高，塑性應(yīng)變 達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，塑性應(yīng)變成為疲勞破壞的主導(dǎo)因素。為便于分析研究，常按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類： 高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較低，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于104105的疲勞，彈簧、傳動(dòng) 軸等的疲勞屬此類。 低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于104105 的疲勞，如壓力容器、燃?xì)廨啓C(jī)零件等的疲勞。實(shí)踐表明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考慮存活率（即可靠度）的問(wèn)題。具有存活率p （如9

9、5%、99%、99.9%）的疲勞壽命Np的含義是：母體（總體）中有p的個(gè) 體的疲勞壽命大于Np。而破壞概率等于（1 p ）。常規(guī)疲勞試驗(yàn)得到的S-N曲線是p= 50%的曲線。對(duì)應(yīng)于各存 活率的p的S-N曲線稱為p-S-N曲線。環(huán)境影響某些零件、構(gòu)件是在高于或低于室溫下工作，或在腐蝕介質(zhì)中工作，或受載方式不是拉壓和彎曲而是接觸滾 動(dòng)等，這些不同的環(huán)境因素可使零件、構(gòu)件產(chǎn)生不同的疲勞破壞。最常見(jiàn)的有接觸疲勞、高溫疲勞、 熱疲勞和腐蝕疲勞。此外，還有微動(dòng)磨損疲勞和聲疲勞等。 接觸疲勞。零件在高接觸壓應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生的疲勞。經(jīng)多次應(yīng)力循環(huán)后， 零件的工作表面局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落，形成麻點(diǎn)或

10、凹坑。接觸疲勞使零件工作時(shí)噪聲增加、振幅增大、溫 度升高、磨損加劇，最后導(dǎo)致零件不能正常工作而失效。在滾動(dòng)軸承、齒輪等零件中常發(fā)生這種現(xiàn)象。 高溫疲勞。在高溫環(huán)境下承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。高溫是指大于熔點(diǎn)1/2以上的溫度，此時(shí)晶界弱化，有時(shí)晶界上產(chǎn)生蠕變空位，因此在考慮疲勞的同時(shí)必須考慮高溫蠕變的影響。高溫下金屬的S-N曲線沒(méi)有水平部分，一般用107108次循環(huán)下不出現(xiàn)斷裂的最大應(yīng)力作為高溫疲勞極限；載荷頻率對(duì)高溫疲勞極限有明顯影響，當(dāng)頻率降低時(shí)，高溫疲勞極限 明顯下降。熱疲勞。由溫度變化引起的熱應(yīng)力循環(huán)作用而產(chǎn)生的疲勞。如渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、熱軋軋輾和熱鍛模等，常由于 熱應(yīng)力的循環(huán)變化而產(chǎn)生熱疲

11、勞。腐蝕疲勞。在腐蝕介質(zhì)中承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。如船用螺旋槳、渦輪機(jī)葉 片、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等，常產(chǎn)生腐蝕疲勞。腐蝕介質(zhì)在疲勞過(guò)程中能促進(jìn)裂紋的形成和加快裂紋的擴(kuò)展。其特點(diǎn)有：S-N曲線無(wú)水平段；加載頻率對(duì)腐蝕疲勞的影響很大；金屬的腐蝕疲勞強(qiáng)度主要是由腐蝕環(huán)境的特性而定；斷口表面變色等。發(fā)展趨勢(shì)飛機(jī)、船舶、汽車(chē)、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)械 、冶金、石油等機(jī)械以及鐵路橋梁等的主要零件和構(gòu)件，大多在循 環(huán)變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗(yàn)對(duì)于設(shè)計(jì)各類承受循環(huán)載荷的機(jī)械和結(jié)構(gòu)， 成為重要的研究?jī)?nèi)容。疲勞有限壽命設(shè)計(jì)中進(jìn)行壽命估算，必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計(jì)算的依據(jù)。由于疲勞壽命的長(zhǎng)短取決于所承受的循環(huán)載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗(yàn)用的載荷譜，再根據(jù) 與各種疲勞相適應(yīng)的損傷模型估算出疲勞壽命。疲勞理論的工程應(yīng)用，經(jīng)歷了從無(wú)限壽命設(shè)計(jì)到有限壽命設(shè)計(jì)，有限壽 命設(shè)計(jì)尚處于完善階段。發(fā)展趨勢(shì)是： 宏