材料的疲勞損傷與斷裂80課件

材料的疲勞損傷與斷裂精品PPT材料的疲勞損傷與斷裂精品PPT主要內(nèi)容工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞研究的主要范疇疲勞與損傷疲勞與斷裂1234精品PPT主要內(nèi)容工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞研究的主要范疇疲勞與損傷疲勞與斷工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT1954年1月,英國慧星(Comet)號噴氣客機(jī)墜入地中海（機(jī)身艙門拐角處開裂）工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT1954年1月,英國慧星(Comet)號噴氣客機(jī)墜入地中海工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象二次大戰(zhàn)期間，400余艘全焊接艦船斷裂精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象二次大戰(zhàn)期間，400余艘全焊接艦船斷裂精品P工程中的疲勞現(xiàn)象2005.4.25,上午9：20,日本兵庫縣尼崎市列車脫軌：死亡106人，傷400人

1998.6.3，德國埃舍德小鎮(zhèn)，高速列車脫軌：101人死亡，200人受傷，88人重傷預(yù)防疲勞失效！是軌道交通的核心科技問題之一精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象2005.4.25,上午9：20,日本兵工程中的疲勞現(xiàn)象轉(zhuǎn)子軸精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象轉(zhuǎn)子軸精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗:機(jī)翼破壞試驗精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗:機(jī)翼破壞試驗精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象上海東方明珠電視塔高300m球徑45m精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象上海東方明珠電視塔高300m球徑45工程中的疲勞現(xiàn)象Case1:simplysupportedcranegirderServiceconditioins:LoadW,constantTwocranepasses/hr,12hr/day,240days/yr40yearsofservicelife:21224040=230,400cyclesofbendingmomentWL/4.LowerflangeatA-A行車大梁精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象Case1:simplysupport工程中的疲勞現(xiàn)象Case2:rotatingshaftwithoverhungflywheelServiceconditions:LoadW,constantShaftrotatesat250rev/min,8hr/day,300days/yrInaservicelifeof40yearstheshaftaccumulates25060830040=1.44109cyclesofbendingmoment,WL精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象Case2:rotatingshaft工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞失效是工程中最重要、最常見的失效模式疲勞的核心問題1疲勞性能的影響因素有哪些？2材料疲勞的宏微觀損傷機(jī)制？3疲勞裂紋的擴(kuò)展特性？4結(jié)構(gòu)抗疲勞破壞的控制參數(shù)是什么？5如何預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命？精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞失效是工程中最重要、最常見的失效模式疲勞疲勞研究的主要范疇疲勞斷裂力學(xué)損傷力學(xué)化學(xué)材料科學(xué)環(huán)境疲勞疲勞損傷疲勞斷裂材料的疲勞精品PPT疲勞研究的主要范疇疲勞斷裂力學(xué)損傷力學(xué)化學(xué)材料科學(xué)環(huán)境疲勞疲疲勞的發(fā)展歷史精品PPT疲勞的發(fā)展歷史精品PPT疲勞的發(fā)展歷史十九世紀(jì)的疲勞發(fā)展182918391860德國礦業(yè)工程師Albert.金屬疲勞的最初研究。巴黎大學(xué)教授JU.Poncelet提出金屬疲勞的概念。德國工程師W?hler提出了應(yīng)力-壽命曲線（S-N曲線）和疲勞極限的概念。18901.Gerber研究了平均應(yīng)力對疲勞壽命的影響。2.Goodman提出了考慮平均應(yīng)力影響的簡單理論。3.Bauschinger提出了應(yīng)力-應(yīng)變滯后回線的概念。經(jīng)驗試驗精品PPT疲勞的發(fā)展歷史十九世紀(jì)的疲勞發(fā)展182918391860德國1871年，Wohler首先對鐵路車軸進(jìn)行了系統(tǒng)的疲勞研究，發(fā)展了旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗，S-N曲線及疲勞極限概念。疲勞的發(fā)展歷史精品PPT1871年，Wohler首先對鐵路車軸進(jìn)行了系統(tǒng)的疲勞研究，1910s-1960s疲勞發(fā)展191019501960Basquin提出了S與N的關(guān)系式。Bairstow給出了形變滯后與疲勞破壞的關(guān)系。1.光鏡和電子顯微鏡的發(fā)展促進(jìn)了人們對傳統(tǒng)疲勞破壞機(jī)制的研究。2.電液伺服疲勞試驗機(jī)的出現(xiàn)。3.疲勞發(fā)展成為重要的學(xué)科領(lǐng)域。1.Manson-Coffin關(guān)系。2.1963年P(guān)aris提出da/dN-K關(guān)系。提出了PSB的概念，觀察到了疲勞輝紋，P-M累積損傷理論。損傷容限設(shè)計，疲勞與斷裂力學(xué)融合。理論工程運用機(jī)理疲勞的發(fā)展歷史精品PPT1910s-1960s疲勞發(fā)展191019501960Bas1970s-今疲勞發(fā)展197019802000損傷容限方法運用到具體的設(shè)計規(guī)范中，斷裂力學(xué)開始在疲勞研究中發(fā)揮重要作用1.傳統(tǒng)疲勞研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓展：蠕變疲勞，熱機(jī)械疲勞，微動疲勞，多軸疲勞…….2.隨著分析手段的提高，新材料和傳統(tǒng)材料疲勞破壞的微觀機(jī)制得到進(jìn)一步發(fā)展。3.疲勞模擬技術(shù)的發(fā)展成為研究疲勞的重要方法，使人們對疲勞的認(rèn)識進(jìn)一步深入。4.超高周疲勞的研究逐漸成為研究的熱點。低周疲勞高周疲勞超高周疲勞疲勞的發(fā)展歷史精品PPT1970s-今疲勞發(fā)展197019802000損傷容限方法運疲勞的基本概念精品PPT疲勞的基本概念精品PPT疲勞的基本概念

在某點或某些點承受交變應(yīng)力，且在足夠多的循環(huán)擾動作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發(fā)生的局部永久結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展過程，稱為疲勞。Whatisfatigue?Theprocessofprogressivelocalizedpermanentstructuralchangeoccurringinamaterialsubjectedtoconditionswhichproducefluctuatingstressesandstrainsatsomepointorpointsandwhichmayculminateincrackorcompletefractureafterasufficientnumberoffluctuations.ASTME206-72精品PPT疲勞的基本概念在某點或某些點承受交變應(yīng)力，且在足夠多的循疲勞的分類——重要的學(xué)科體系疲勞的基本概念研究對象材料結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)單軸多軸載荷變化情況恒幅變幅隨機(jī)工況、環(huán)境蠕變疲勞熱機(jī)械疲勞腐蝕疲勞微動疲勞沖擊疲勞循環(huán)周次低周高周超高周精品PPT疲勞的分類——重要的學(xué)科體系疲勞的基本概念研究對象材料結(jié)構(gòu)應(yīng)疲勞的基本概念交變應(yīng)力，是指隨時間變化的應(yīng)力。也可更一般地稱為交變載荷（載荷可以是力、應(yīng)力、應(yīng)變、位移等）00t0SDSSmax

恒幅循環(huán)S變幅循環(huán)S隨機(jī)載荷疲勞載荷的類型tt

精品PPT疲勞的基本概念交變應(yīng)力，是指隨時間變化的應(yīng)力。也可更一般地稱疲勞的基本概念平均應(yīng)力Sm=(Smax+Smin)/2(1)應(yīng)力幅Sa=(Smax-Smin)/2(2)應(yīng)力范圍S=Smax-Smin(3)應(yīng)力比R=Smin/Smax恒幅循環(huán)參數(shù)設(shè)計：用Smax，Smin

，直觀；試驗：用Sm，Sa

，便于加載；分析：用Sa，R，突出主要控制參量,便于分類討論。精品PPT疲勞的基本概念平均應(yīng)力Sm=(Smax+Smin疲勞的基本概念應(yīng)力比R0StR=1靜載Smax=Smin0StR=0脈沖循環(huán)Smin=00StR=-1對稱循環(huán)Smax=-SminR=-2/0=∞R=-2/1=-2精品PPT疲勞的基本概念應(yīng)力比R0StR=1靜載Smax=Smin0S疲勞的基本概念0St三角波S0t正弦波0St矩形波0St梯形波波形頻率f=N/tf=100Hz,t=100h,N=ft=3.6107(cycles)精品PPT疲勞的基本概念0St三角波S0t正弦波0St矩形波0St梯形材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能材料的疲勞性能材料的循環(huán)變形特性載荷壽命關(guān)系-relationship-Ncurve-Ncurve疲勞裂紋擴(kuò)展特性da/dNcurve精品PPT材料的疲勞性能材料的疲勞性能材料的循環(huán)變形特性載荷壽命關(guān)系材料的疲勞性能拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系單調(diào)拉伸和單調(diào)壓縮曲線關(guān)于原點O對稱；在屈服極限A點以內(nèi)是直線。σ-εS-eσε單調(diào)σ-ε曲線精品PPT材料的疲勞性能拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系單調(diào)拉伸和單調(diào)壓縮曲線關(guān)于原材料的疲勞性能Bauschingereffect在一定量的正向拉伸或壓縮塑性變形之后進(jìn)行反方向加載，材料的屈服強(qiáng)度會低于連續(xù)正向變形的屈服強(qiáng)度。精品PPT材料的疲勞性能Bauschingereffect在一定量的材料的疲勞性能滯后回線(遲滯回線)：一個完整的循環(huán)所對應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形成的封閉曲線?？倯?yīng)變幅=彈性應(yīng)變幅+塑性應(yīng)變幅精品PPT材料的疲勞性能滯后回線(遲滯回線)：一個完整的循環(huán)所對應(yīng)的應(yīng)材料的疲勞性能材料的循環(huán)硬化與循環(huán)軟化CyclichardeningCyclicsoftening材料的屈強(qiáng)比：σs/σb<0.7，循環(huán)硬化材料；

σs/σb>0.8，循環(huán)軟化材料。精品PPT材料的疲勞性能材料的循環(huán)硬化與循環(huán)軟化Cyclichard材料的疲勞性能A為循環(huán)強(qiáng)化系數(shù)，為循環(huán)硬化指數(shù)。循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線精品PPT材料的疲勞性能A為循環(huán)強(qiáng)化系數(shù)，循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線精品PPT材料的疲勞性能在恒幅應(yīng)力控制下，應(yīng)變不斷提升的現(xiàn)象叫做循環(huán)蠕變；循環(huán)蠕變和循環(huán)松弛對于非金屬材料比較明顯，金屬材料在高溫下需考慮。循環(huán)蠕變和循環(huán)松弛在恒幅應(yīng)變控制下，應(yīng)力不斷下滑的現(xiàn)象叫做循環(huán)松弛。精品PPT材料的疲勞性能在恒幅應(yīng)力控制下，應(yīng)變不斷提升的現(xiàn)象叫做循環(huán)蠕材料的疲勞性能Basquin’sequationManson-CoffinrelationshipTransitionfatiguelife精品PPT材料的疲勞性能Basquin’sequationManso材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能S-N曲線：表示S（或者logS）和Nf（或者logNf）關(guān)系的曲線。疲勞極限Sf：某一應(yīng)力比條件下，對應(yīng)循環(huán)次數(shù)下不發(fā)生斷裂的應(yīng)力。精品PPT材料的疲勞性能S-N曲線：表示S（或者logS）和Nf（或者疲勞強(qiáng)度的影響因素精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素有利有害！拉伸平均應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度，壓縮平均應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素有利有害！拉伸平均應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度，壓縮平疲勞強(qiáng)度的影響因素平均應(yīng)力m（橫坐標(biāo)）與應(yīng)力幅a（縱坐標(biāo)）之間的關(guān)系曲線（由實驗數(shù)據(jù)獲得），反映相同材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性時疲勞極限的差異。塑性材料的疲勞極限應(yīng)力圖如下圖所示，曲線近似呈拋物線分布。曲線上A點的坐標(biāo)表示對稱循環(huán)點，B點的坐標(biāo)表示脈動循環(huán)點，C點的坐標(biāo)表示靜應(yīng)力點。疲勞極限應(yīng)力圖精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素平均應(yīng)力m（橫坐標(biāo)）與應(yīng)力幅a（縱疲勞強(qiáng)度的影響因素ModifiedGoodmanlineGerberParabola精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素ModifiedGoodmanline疲勞強(qiáng)度的影響因素等效應(yīng)力幅精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素等效應(yīng)力幅精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素疲勞裂紋通常起始于零件表面表面狀況對疲勞壽命有很大的影響表面光潔度越高，形成疲勞裂紋的時間越長。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素疲勞裂紋通常起始于零件表面精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素表面經(jīng)過冷軋(coldrolling)、滲氮(nitriding)、噴丸(shotpeening)、激化沖擊(lasershockpeening)處理等都可以在表面引入殘余壓應(yīng)力，從而延緩高周疲勞裂紋的萌生。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素表面經(jīng)過冷軋(coldrolling)、疲勞強(qiáng)度的影響因素缺口應(yīng)力集中系數(shù)Kt疲勞缺口系數(shù)Kf疲勞缺口敏感性q精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素缺口應(yīng)力集中系數(shù)Kt精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素加載方式精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素加載方式精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素彎曲載荷下，尺寸影響試樣承載面的應(yīng)力梯度，尺寸增大，應(yīng)力梯度減小，但表面局部的平均應(yīng)力增大，疲勞強(qiáng)度下降。軸向載荷下，應(yīng)力梯度較小，試樣的尺寸效應(yīng)不明顯。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素彎曲載荷下，尺寸影響試樣承載面的應(yīng)力梯度，疲勞強(qiáng)度的影響因素1平均應(yīng)力2表面加工與處理3加載形式4缺口與應(yīng)力集中5試樣尺寸精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素1平均應(yīng)力2表面加工與處理3加載形式4缺口疲勞與損傷疲勞損傷力學(xué)疲勞與損傷精品PPT疲勞與損傷疲勞損傷力學(xué)疲勞與損傷精品PPT損傷的概念精品PPT損傷的概念精品PPT損傷的概念損傷(Damage)是材料和工程構(gòu)件中細(xì)微“結(jié)構(gòu)”的變化，引起微裂紋的萌生、成長與合并，導(dǎo)致材料的變質(zhì)和惡化。損傷積累的結(jié)果往往產(chǎn)生宏觀裂紋，導(dǎo)致最終斷裂。1958年，Kachanov在研究蠕變斷裂問題時，第一個引入了一個新的本構(gòu)方程－損傷演變方程，同時第一個引入了一個描述材料內(nèi)部損傷的內(nèi)變量－連續(xù)性變量。1969年，Rabatnov改進(jìn)了Kachanov的工作，在蠕變本構(gòu)方程中引入了損傷變量以描述損傷對材料本構(gòu)行為的影響。精品PPT損傷的概念損傷(Damage)是材料和工程構(gòu)件中細(xì)微“結(jié)構(gòu)”損傷的概念損傷變量微觀的或物理的宏觀的或唯象的疲勞損傷區(qū)內(nèi)微觀裂紋的密度空洞體積（面積）比聲發(fā)射量電阻抗變化顯微硬度變化等Miner疲勞損傷D＝1/N剩余剛度E，D＝1-E/E0剩余強(qiáng)度循環(huán)耗散能阻尼系數(shù)、滯后能等精品PPT損傷的概念損傷變量微觀的或宏觀的或疲勞損傷區(qū)內(nèi)微觀裂紋的密度損傷的概念損傷力學(xué)主要研究三方面內(nèi)容：1.研究材料中微裂紋和微孔洞及外在條件對本身演變的影響及其發(fā)展規(guī)律；2.研究損傷對材料本構(gòu)關(guān)系的影響；3.研究工程構(gòu)件中宏觀裂紋形成壽命的估算方法。構(gòu)件受載條件，本構(gòu)方程和演變方程的確定－彈性和塑性的－疲勞與蠕變的－損傷的應(yīng)力、應(yīng)變和損傷的演變構(gòu)件力學(xué)分析和損傷力學(xué)分析臨界狀態(tài)損傷力學(xué)分析步驟精品PPT損傷的概念損傷力學(xué)主要研究三方面內(nèi)容：構(gòu)件受載條件，本構(gòu)方程疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞累積損傷理論1每個循環(huán)引起多少損傷？2多個載荷循環(huán)時，損傷如何累加？3失效時的臨界損傷？疲勞損傷D精品PPT疲勞累積損傷理論1每個循環(huán)引起多少損傷？2多個載荷循環(huán)時，損疲勞累積損傷理論Palmgren-Miner理論，簡稱Miner理論。一個循環(huán)造成的損傷：D＝1/Nn個循環(huán)造成的損傷：臨界疲勞損傷Dcr：Dcr＝1缺點：沒有考慮載荷次序的影響精品PPT疲勞累積損傷理論Palmgren-Miner理論，簡稱Min疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制拉伸試樣表面形成滑移臺階循環(huán)變形試樣表面出現(xiàn)“擠出”與“侵入”，試樣內(nèi)部的位錯密度高，形成駐留滑移帶(PSB)。循環(huán)變形的特點CoarseslipFineslipStressconcentration精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制拉伸試樣表面形成滑移臺階循環(huán)變形試樣表面出疲勞損傷的微觀機(jī)制104cycles5104cycles2.7105cyclesSliplinesintensified永久滑移帶(PSB)的形成Earlystagesoffatigueareprimarilyasurfacephenomenon.精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制104cycles5104cycles2疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制CyclicSlip-initialarrangementsCyclicHardening精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制CyclicSlip-initial疲勞損傷的微觀機(jī)制SurfacereliefShearcracksformation精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制SurfacereliefShearc疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiation精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiation精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制疲勞裂紋的萌生位置：材料表面（PSB，表面缺陷，腐蝕坑等）材料內(nèi)部（1）內(nèi)部PSB（2）內(nèi)部不連續(xù)的組織處（夾雜物，氣孔，相界，晶界，孿晶界，二次相顆粒，孔洞等）精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制疲勞裂紋的萌生位置：精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiationatpores精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiationatp疲勞損傷的微觀機(jī)制Cracksinitiatedinmicrostructures精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Cracksinitiatedinm疲勞損傷的微觀機(jī)制inclusionsInteriormicrostructures精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制inclusionsInteriormi疲勞損傷的微觀機(jī)制Processoffatigue精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Processoffatigue精品P疲勞與斷裂疲勞斷裂力學(xué)疲勞與斷裂裂紋擴(kuò)展規(guī)律及其運用精品PPT疲勞與斷裂疲勞斷裂力學(xué)疲勞與斷裂裂紋擴(kuò)展規(guī)律及其運用精品PP疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPT疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPT疲勞裂紋擴(kuò)展過程疲勞裂紋擴(kuò)展的兩階段：StageI(controlledbyshearstressorshearstrain);StageII(controlledbymaximumtensilestressrange).Intergranularortransgranular?Itdepends……ShortcrackLoadingdirection精品PPT疲勞裂紋擴(kuò)展過程疲勞裂紋擴(kuò)展的兩階段：IntergranulCyclicplasticzonesize疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTCyclicplasticzonesize疲勞裂紋擴(kuò)展StageIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTStageIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品StageIIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTStageIIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精StageIastageIbStageIa:singleslipStageIb:doubleslipStageII:multipleslip疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTStageIastageIbStabluntingresharpeningreblunting疲勞裂紋擴(kuò)展過程LairdmodelforStageIIfatiguecrackgrowth疲勞輝紋形成過程：拉伸過程中，裂紋尖端發(fā)生鈍化，裂紋擴(kuò)展a，在壓應(yīng)力下裂紋尖端重新銳化，隨后的拉伸應(yīng)力下重新鈍化。loadingunloadingloading精品PPTbluntingresharpeningreblunting疲勞裂紋的尺度問題精品PPT疲勞裂紋的尺度問題精品PPT疲勞裂紋的尺度問題SeveralgraindiametersInteractionswithgrainandphaseboundaries,precipitatesandpores精品PPT疲勞裂紋的尺度問題Severalgraindiamete有裂紋萌生-擴(kuò)展-斷裂三個階段。

壽命（過程的長短）

--取決于載荷、作用次數(shù)和材料的疲勞抗力。

Ntotal=Ninitiation+Npropagation

IrreversiblecyclicslipaccumulationMicrostructurallyshortcracksMechanicallyshortcracksPhysicallyshortcracksLongcracksfracture疲勞裂紋的尺度問題精品PPT有裂紋萌生-擴(kuò)展-斷裂三個階段。壽命（過程的長短）Irr疲勞裂紋的尺度問題疲勞破壞的多尺度特性精品PPT疲勞裂紋的尺度問題疲勞破壞的多尺度特性精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律1963年P(guān)aris首先把斷裂力學(xué)引入了疲勞裂紋的擴(kuò)展，并認(rèn)為擴(kuò)展速率受控于裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK，ΔK=Kmax-Kmin。

式中C與n均為與材料有關(guān)的常數(shù)，n通常在2--4之間。精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律1963年P(guān)aris首先把斷裂力學(xué)引入了疲勞裂ParisregimeUnstableregimeNear-thresholdregime應(yīng)力比，環(huán)境影響較大，微觀組織影響較小微觀組織、應(yīng)力比，環(huán)境影響較大長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPTParisregimeUnstableNear-thre疲勞門檻值Kth:fatiguethreshold理論上，是裂紋擴(kuò)展速率為零時的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍。

試驗測量中，規(guī)定在空氣介質(zhì)和平面應(yīng)變條件下，材料裂紋擴(kuò)展速率接近10-7mm／cycle(或更低)對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍K。CrMoVsteel長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPT疲勞門檻值Kth:fatiguethreshold隨著應(yīng)力比增大，疲勞裂紋擴(kuò)展速率增大，疲勞門檻值減小。長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPT隨著應(yīng)力比增大，疲勞裂紋擴(kuò)展速率增大，疲勞門檻值減小。長裂紋Microstructuredifference組織對Paris區(qū)的da/dN影響不大，而對門檻值區(qū)有較大影響。長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPTMicrostructuredifference組織對PaInair,R=0.1,f=35Hz，鈦合金Invacuum,TiAlintermetallics300C時，真空中的da/dN比空氣中小。溫度升高，擴(kuò)展速率增大。長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPTInair,R=0.1,f=35Hz，鈦合金Inva短裂紋擴(kuò)展行為精品PPT短裂紋擴(kuò)展行為精品PPT短裂紋擴(kuò)展行為短裂紋的擴(kuò)展特性：短裂紋的擴(kuò)展受到微觀組織的影響很大；短裂紋的擴(kuò)展速率會高于長裂紋的擴(kuò)展速率；短裂紋的擴(kuò)展能在K低于長裂紋疲勞門檻值時擴(kuò)展。精品PPT短裂紋擴(kuò)展行為短裂紋的擴(kuò)展特性：精品PPT疲勞裂紋閉合精品PPT疲勞裂紋閉合精品PPT疲勞裂紋閉合Kcl：裂紋閉合強(qiáng)度因子Keff=Kmax-Kcl疲勞門檻值區(qū)的閉合機(jī)制復(fù)雜精品PPT疲勞裂紋閉合Kcl：裂紋閉合強(qiáng)度因子精品PPT疲勞裂紋閉合裂紋閉合因子:U精品PPT疲勞裂紋閉合裂紋閉合因子:U精品PPT疲勞裂紋閉合plastic-inducedcrackclosure（塑性誘發(fā)裂紋閉合）transformation-inducedcrackclosure（變形誘發(fā)相變裂紋閉合）oxidation-inducedcrackclosure（氧化誘發(fā)裂紋閉合）fluid-inducedcrackclosure（流體誘發(fā)裂紋閉合）roughness-inducedcrackclosure（粗糙度誘發(fā)裂紋閉合）精品PPT疲勞裂紋閉合plastic-inducedcrackc疲勞試驗精品PPT疲勞試驗精品PPT疲勞試驗機(jī)精品PPT疲勞試驗機(jī)精品PPT顯微疲勞試驗裝置精品PPT顯微疲勞試驗裝置精品PPT原位疲勞試驗精品PPT原位疲勞試驗精品PPT疲勞試驗標(biāo)準(zhǔn)精品PPT疲勞試驗標(biāo)準(zhǔn)精品PPT疲勞斷口形貌精品PPT疲勞斷口形貌精品PPT疲勞斷口形貌精品PPT疲勞斷口形貌精品PPTFinalfracturezoneCrackpropagationzoneCrackinitiationzonetension-compressionmode疲勞斷口形貌精品PPTFinalfracturezoneCrackpropaPlanartransgranularfractureIntergranularfacetedfractureTransgranularfractureKincreasing微觀形貌與擴(kuò)展驅(qū)動力的大小有關(guān)?。∑跀嗫谛蚊簿稰PTPlanartransgranularfractureI疲勞斷口形貌疲勞輝紋:fatiguestriation精品PPT疲勞斷口形貌疲勞輝紋:fatiguestriation精疲勞斷裂的特征精品PPT疲勞斷裂的特征精品PPT疲勞斷裂的特征1疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于靜載時的屈服強(qiáng)度2無明顯的宏觀塑性變形，無明顯預(yù)兆，突然破壞3疲勞破壞是構(gòu)件經(jīng)過長期運轉(zhuǎn)后發(fā)生的，所受應(yīng)力越大，斷裂前的使用壽命越低4斷口顯示裂紋萌生、擴(kuò)展和斷裂三個部分，疲勞性能對工件的表面狀態(tài)比較敏感5疲勞性能試驗數(shù)據(jù)分散性較大，具有統(tǒng)計性精品PPT疲勞斷裂的特征1疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于靜載時的屈服強(qiáng)度課程總結(jié)精品PPT課程總結(jié)精品PPT疲勞斷裂力學(xué)損傷力學(xué)化學(xué)材料科學(xué)環(huán)境疲勞疲勞損傷疲勞斷裂材料的疲勞課程總結(jié)裂紋擴(kuò)展規(guī)律驅(qū)動參量短、長裂紋斷裂尺度問題裂紋閉合疲勞損傷機(jī)制累積損傷模型裂紋萌生階段裂紋萌生位置材料的循環(huán)變形響應(yīng)應(yīng)變疲勞應(yīng)力疲勞疲勞強(qiáng)度及其影響因素精品PPT疲勞斷裂力學(xué)損傷力學(xué)化學(xué)材料科學(xué)環(huán)境疲勞疲勞損傷疲勞斷裂材料疲勞失效是工程中最重要、最常見的失效模式疲勞的核心問題1疲勞性能的影響因素有哪些？2材料疲勞的宏微觀損傷機(jī)制？3疲勞裂紋的擴(kuò)展特性？4結(jié)構(gòu)抗疲勞破壞的控制參數(shù)是什么？5如何預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命？課程總結(jié)精品PPT疲勞失效是工程中最重要、最常見的失效模式疲勞的核心問題1疲勞思考題疲勞的概念？疲勞斷裂的特點有哪些？疲勞斷口的組成？疲勞裂紋的萌生機(jī)制？疲勞線性累積損傷理論的基本思想？疲勞裂紋的擴(kuò)展過程（尺度問題）？長裂紋與短裂紋擴(kuò)展的區(qū)別與聯(lián)系？疲勞長裂紋擴(kuò)展的規(guī)律及機(jī)理？精品PPT思考題疲勞的概念？精品PPT謝謝！精品PPT謝謝！精品PPT材料的疲勞損傷與斷裂精品PPT材料的疲勞損傷與斷裂精品PPT主要內(nèi)容工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞研究的主要范疇疲勞與損傷疲勞與斷裂1234精品PPT主要內(nèi)容工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞研究的主要范疇疲勞與損傷疲勞與斷工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT1954年1月,英國慧星(Comet)號噴氣客機(jī)墜入地中海（機(jī)身艙門拐角處開裂）工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT1954年1月,英國慧星(Comet)號噴氣客機(jī)墜入地中海工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象二次大戰(zhàn)期間，400余艘全焊接艦船斷裂精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象二次大戰(zhàn)期間，400余艘全焊接艦船斷裂精品P工程中的疲勞現(xiàn)象2005.4.25,上午9：20,日本兵庫縣尼崎市列車脫軌：死亡106人，傷400人

1998.6.3，德國埃舍德小鎮(zhèn)，高速列車脫軌：101人死亡，200人受傷，88人重傷預(yù)防疲勞失效！是軌道交通的核心科技問題之一精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象2005.4.25,上午9：20,日本兵工程中的疲勞現(xiàn)象轉(zhuǎn)子軸精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象轉(zhuǎn)子軸精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗:機(jī)翼破壞試驗精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗:機(jī)翼破壞試驗精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象上海東方明珠電視塔高300m球徑45m精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象上海東方明珠電視塔高300m球徑45工程中的疲勞現(xiàn)象Case1:simplysupportedcranegirderServiceconditioins:LoadW,constantTwocranepasses/hr,12hr/day,240days/yr40yearsofservicelife:21224040=230,400cyclesofbendingmomentWL/4.LowerflangeatA-A行車大梁精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象Case1:simplysupport工程中的疲勞現(xiàn)象Case2:rotatingshaftwithoverhungflywheelServiceconditions:LoadW,constantShaftrotatesat250rev/min,8hr/day,300days/yrInaservicelifeof40yearstheshaftaccumulates25060830040=1.44109cyclesofbendingmoment,WL精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象Case2:rotatingshaft工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞失效是工程中最重要、最常見的失效模式疲勞的核心問題1疲勞性能的影響因素有哪些？2材料疲勞的宏微觀損傷機(jī)制？3疲勞裂紋的擴(kuò)展特性？4結(jié)構(gòu)抗疲勞破壞的控制參數(shù)是什么？5如何預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命？精品PPT工程中的疲勞現(xiàn)象疲勞失效是工程中最重要、最常見的失效模式疲勞疲勞研究的主要范疇疲勞斷裂力學(xué)損傷力學(xué)化學(xué)材料科學(xué)環(huán)境疲勞疲勞損傷疲勞斷裂材料的疲勞精品PPT疲勞研究的主要范疇疲勞斷裂力學(xué)損傷力學(xué)化學(xué)材料科學(xué)環(huán)境疲勞疲疲勞的發(fā)展歷史精品PPT疲勞的發(fā)展歷史精品PPT疲勞的發(fā)展歷史十九世紀(jì)的疲勞發(fā)展182918391860德國礦業(yè)工程師Albert.金屬疲勞的最初研究。巴黎大學(xué)教授JU.Poncelet提出金屬疲勞的概念。德國工程師W?hler提出了應(yīng)力-壽命曲線（S-N曲線）和疲勞極限的概念。18901.Gerber研究了平均應(yīng)力對疲勞壽命的影響。2.Goodman提出了考慮平均應(yīng)力影響的簡單理論。3.Bauschinger提出了應(yīng)力-應(yīng)變滯后回線的概念。經(jīng)驗試驗精品PPT疲勞的發(fā)展歷史十九世紀(jì)的疲勞發(fā)展182918391860德國1871年，Wohler首先對鐵路車軸進(jìn)行了系統(tǒng)的疲勞研究，發(fā)展了旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗，S-N曲線及疲勞極限概念。疲勞的發(fā)展歷史精品PPT1871年，Wohler首先對鐵路車軸進(jìn)行了系統(tǒng)的疲勞研究，1910s-1960s疲勞發(fā)展191019501960Basquin提出了S與N的關(guān)系式。Bairstow給出了形變滯后與疲勞破壞的關(guān)系。1.光鏡和電子顯微鏡的發(fā)展促進(jìn)了人們對傳統(tǒng)疲勞破壞機(jī)制的研究。2.電液伺服疲勞試驗機(jī)的出現(xiàn)。3.疲勞發(fā)展成為重要的學(xué)科領(lǐng)域。1.Manson-Coffin關(guān)系。2.1963年P(guān)aris提出da/dN-K關(guān)系。提出了PSB的概念，觀察到了疲勞輝紋，P-M累積損傷理論。損傷容限設(shè)計，疲勞與斷裂力學(xué)融合。理論工程運用機(jī)理疲勞的發(fā)展歷史精品PPT1910s-1960s疲勞發(fā)展191019501960Bas1970s-今疲勞發(fā)展197019802000損傷容限方法運用到具體的設(shè)計規(guī)范中，斷裂力學(xué)開始在疲勞研究中發(fā)揮重要作用1.傳統(tǒng)疲勞研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓展：蠕變疲勞，熱機(jī)械疲勞，微動疲勞，多軸疲勞…….2.隨著分析手段的提高，新材料和傳統(tǒng)材料疲勞破壞的微觀機(jī)制得到進(jìn)一步發(fā)展。3.疲勞模擬技術(shù)的發(fā)展成為研究疲勞的重要方法，使人們對疲勞的認(rèn)識進(jìn)一步深入。4.超高周疲勞的研究逐漸成為研究的熱點。低周疲勞高周疲勞超高周疲勞疲勞的發(fā)展歷史精品PPT1970s-今疲勞發(fā)展197019802000損傷容限方法運疲勞的基本概念精品PPT疲勞的基本概念精品PPT疲勞的基本概念

在某點或某些點承受交變應(yīng)力，且在足夠多的循環(huán)擾動作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發(fā)生的局部永久結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展過程，稱為疲勞。Whatisfatigue?Theprocessofprogressivelocalizedpermanentstructuralchangeoccurringinamaterialsubjectedtoconditionswhichproducefluctuatingstressesandstrainsatsomepointorpointsandwhichmayculminateincrackorcompletefractureafterasufficientnumberoffluctuations.ASTME206-72精品PPT疲勞的基本概念在某點或某些點承受交變應(yīng)力，且在足夠多的循疲勞的分類——重要的學(xué)科體系疲勞的基本概念研究對象材料結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)單軸多軸載荷變化情況恒幅變幅隨機(jī)工況、環(huán)境蠕變疲勞熱機(jī)械疲勞腐蝕疲勞微動疲勞沖擊疲勞循環(huán)周次低周高周超高周精品PPT疲勞的分類——重要的學(xué)科體系疲勞的基本概念研究對象材料結(jié)構(gòu)應(yīng)疲勞的基本概念交變應(yīng)力，是指隨時間變化的應(yīng)力。也可更一般地稱為交變載荷（載荷可以是力、應(yīng)力、應(yīng)變、位移等）00t0SDSSmax

恒幅循環(huán)S變幅循環(huán)S隨機(jī)載荷疲勞載荷的類型tt

精品PPT疲勞的基本概念交變應(yīng)力，是指隨時間變化的應(yīng)力。也可更一般地稱疲勞的基本概念平均應(yīng)力Sm=(Smax+Smin)/2(1)應(yīng)力幅Sa=(Smax-Smin)/2(2)應(yīng)力范圍S=Smax-Smin(3)應(yīng)力比R=Smin/Smax恒幅循環(huán)參數(shù)設(shè)計：用Smax，Smin

，直觀；試驗：用Sm，Sa

，便于加載；分析：用Sa，R，突出主要控制參量,便于分類討論。精品PPT疲勞的基本概念平均應(yīng)力Sm=(Smax+Smin疲勞的基本概念應(yīng)力比R0StR=1靜載Smax=Smin0StR=0脈沖循環(huán)Smin=00StR=-1對稱循環(huán)Smax=-SminR=-2/0=∞R=-2/1=-2精品PPT疲勞的基本概念應(yīng)力比R0StR=1靜載Smax=Smin0S疲勞的基本概念0St三角波S0t正弦波0St矩形波0St梯形波波形頻率f=N/tf=100Hz,t=100h,N=ft=3.6107(cycles)精品PPT疲勞的基本概念0St三角波S0t正弦波0St矩形波0St梯形材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能材料的疲勞性能材料的循環(huán)變形特性載荷壽命關(guān)系-relationship-Ncurve-Ncurve疲勞裂紋擴(kuò)展特性da/dNcurve精品PPT材料的疲勞性能材料的疲勞性能材料的循環(huán)變形特性載荷壽命關(guān)系材料的疲勞性能拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系單調(diào)拉伸和單調(diào)壓縮曲線關(guān)于原點O對稱；在屈服極限A點以內(nèi)是直線。σ-εS-eσε單調(diào)σ-ε曲線精品PPT材料的疲勞性能拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系單調(diào)拉伸和單調(diào)壓縮曲線關(guān)于原材料的疲勞性能Bauschingereffect在一定量的正向拉伸或壓縮塑性變形之后進(jìn)行反方向加載，材料的屈服強(qiáng)度會低于連續(xù)正向變形的屈服強(qiáng)度。精品PPT材料的疲勞性能Bauschingereffect在一定量的材料的疲勞性能滯后回線(遲滯回線)：一個完整的循環(huán)所對應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形成的封閉曲線?？倯?yīng)變幅=彈性應(yīng)變幅+塑性應(yīng)變幅精品PPT材料的疲勞性能滯后回線(遲滯回線)：一個完整的循環(huán)所對應(yīng)的應(yīng)材料的疲勞性能材料的循環(huán)硬化與循環(huán)軟化CyclichardeningCyclicsoftening材料的屈強(qiáng)比：σs/σb<0.7，循環(huán)硬化材料；

σs/σb>0.8，循環(huán)軟化材料。精品PPT材料的疲勞性能材料的循環(huán)硬化與循環(huán)軟化Cyclichard材料的疲勞性能A為循環(huán)強(qiáng)化系數(shù)，為循環(huán)硬化指數(shù)。循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線精品PPT材料的疲勞性能A為循環(huán)強(qiáng)化系數(shù)，循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線精品PPT材料的疲勞性能在恒幅應(yīng)力控制下，應(yīng)變不斷提升的現(xiàn)象叫做循環(huán)蠕變；循環(huán)蠕變和循環(huán)松弛對于非金屬材料比較明顯，金屬材料在高溫下需考慮。循環(huán)蠕變和循環(huán)松弛在恒幅應(yīng)變控制下，應(yīng)力不斷下滑的現(xiàn)象叫做循環(huán)松弛。精品PPT材料的疲勞性能在恒幅應(yīng)力控制下，應(yīng)變不斷提升的現(xiàn)象叫做循環(huán)蠕材料的疲勞性能Basquin’sequationManson-CoffinrelationshipTransitionfatiguelife精品PPT材料的疲勞性能Basquin’sequationManso材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能精品PPT材料的疲勞性能S-N曲線：表示S（或者logS）和Nf（或者logNf）關(guān)系的曲線。疲勞極限Sf：某一應(yīng)力比條件下，對應(yīng)循環(huán)次數(shù)下不發(fā)生斷裂的應(yīng)力。精品PPT材料的疲勞性能S-N曲線：表示S（或者logS）和Nf（或者疲勞強(qiáng)度的影響因素精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素有利有害！拉伸平均應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度，壓縮平均應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素有利有害！拉伸平均應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度，壓縮平疲勞強(qiáng)度的影響因素平均應(yīng)力m（橫坐標(biāo)）與應(yīng)力幅a（縱坐標(biāo)）之間的關(guān)系曲線（由實驗數(shù)據(jù)獲得），反映相同材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性時疲勞極限的差異。塑性材料的疲勞極限應(yīng)力圖如下圖所示，曲線近似呈拋物線分布。曲線上A點的坐標(biāo)表示對稱循環(huán)點，B點的坐標(biāo)表示脈動循環(huán)點，C點的坐標(biāo)表示靜應(yīng)力點。疲勞極限應(yīng)力圖精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素平均應(yīng)力m（橫坐標(biāo)）與應(yīng)力幅a（縱疲勞強(qiáng)度的影響因素ModifiedGoodmanlineGerberParabola精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素ModifiedGoodmanline疲勞強(qiáng)度的影響因素等效應(yīng)力幅精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素等效應(yīng)力幅精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素疲勞裂紋通常起始于零件表面表面狀況對疲勞壽命有很大的影響表面光潔度越高，形成疲勞裂紋的時間越長。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素疲勞裂紋通常起始于零件表面精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素表面經(jīng)過冷軋(coldrolling)、滲氮(nitriding)、噴丸(shotpeening)、激化沖擊(lasershockpeening)處理等都可以在表面引入殘余壓應(yīng)力，從而延緩高周疲勞裂紋的萌生。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素表面經(jīng)過冷軋(coldrolling)、疲勞強(qiáng)度的影響因素缺口應(yīng)力集中系數(shù)Kt疲勞缺口系數(shù)Kf疲勞缺口敏感性q精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素缺口應(yīng)力集中系數(shù)Kt精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素加載方式精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素加載方式精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素彎曲載荷下，尺寸影響試樣承載面的應(yīng)力梯度，尺寸增大，應(yīng)力梯度減小，但表面局部的平均應(yīng)力增大，疲勞強(qiáng)度下降。軸向載荷下，應(yīng)力梯度較小，試樣的尺寸效應(yīng)不明顯。精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素彎曲載荷下，尺寸影響試樣承載面的應(yīng)力梯度，疲勞強(qiáng)度的影響因素1平均應(yīng)力2表面加工與處理3加載形式4缺口與應(yīng)力集中5試樣尺寸精品PPT疲勞強(qiáng)度的影響因素1平均應(yīng)力2表面加工與處理3加載形式4缺口疲勞與損傷疲勞損傷力學(xué)疲勞與損傷精品PPT疲勞與損傷疲勞損傷力學(xué)疲勞與損傷精品PPT損傷的概念精品PPT損傷的概念精品PPT損傷的概念損傷(Damage)是材料和工程構(gòu)件中細(xì)微“結(jié)構(gòu)”的變化，引起微裂紋的萌生、成長與合并，導(dǎo)致材料的變質(zhì)和惡化。損傷積累的結(jié)果往往產(chǎn)生宏觀裂紋，導(dǎo)致最終斷裂。1958年，Kachanov在研究蠕變斷裂問題時，第一個引入了一個新的本構(gòu)方程－損傷演變方程，同時第一個引入了一個描述材料內(nèi)部損傷的內(nèi)變量－連續(xù)性變量。1969年，Rabatnov改進(jìn)了Kachanov的工作，在蠕變本構(gòu)方程中引入了損傷變量以描述損傷對材料本構(gòu)行為的影響。精品PPT損傷的概念損傷(Damage)是材料和工程構(gòu)件中細(xì)微“結(jié)構(gòu)”損傷的概念損傷變量微觀的或物理的宏觀的或唯象的疲勞損傷區(qū)內(nèi)微觀裂紋的密度空洞體積（面積）比聲發(fā)射量電阻抗變化顯微硬度變化等Miner疲勞損傷D＝1/N剩余剛度E，D＝1-E/E0剩余強(qiáng)度循環(huán)耗散能阻尼系數(shù)、滯后能等精品PPT損傷的概念損傷變量微觀的或宏觀的或疲勞損傷區(qū)內(nèi)微觀裂紋的密度損傷的概念損傷力學(xué)主要研究三方面內(nèi)容：1.研究材料中微裂紋和微孔洞及外在條件對本身演變的影響及其發(fā)展規(guī)律；2.研究損傷對材料本構(gòu)關(guān)系的影響；3.研究工程構(gòu)件中宏觀裂紋形成壽命的估算方法。構(gòu)件受載條件，本構(gòu)方程和演變方程的確定－彈性和塑性的－疲勞與蠕變的－損傷的應(yīng)力、應(yīng)變和損傷的演變構(gòu)件力學(xué)分析和損傷力學(xué)分析臨界狀態(tài)損傷力學(xué)分析步驟精品PPT損傷的概念損傷力學(xué)主要研究三方面內(nèi)容：構(gòu)件受載條件，本構(gòu)方程疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞累積損傷理論1每個循環(huán)引起多少損傷？2多個載荷循環(huán)時，損傷如何累加？3失效時的臨界損傷？疲勞損傷D精品PPT疲勞累積損傷理論1每個循環(huán)引起多少損傷？2多個載荷循環(huán)時，損疲勞累積損傷理論Palmgren-Miner理論，簡稱Miner理論。一個循環(huán)造成的損傷：D＝1/Nn個循環(huán)造成的損傷：臨界疲勞損傷Dcr：Dcr＝1缺點：沒有考慮載荷次序的影響精品PPT疲勞累積損傷理論Palmgren-Miner理論，簡稱Min疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞累積損傷理論精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制拉伸試樣表面形成滑移臺階循環(huán)變形試樣表面出現(xiàn)“擠出”與“侵入”，試樣內(nèi)部的位錯密度高，形成駐留滑移帶(PSB)。循環(huán)變形的特點CoarseslipFineslipStressconcentration精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制拉伸試樣表面形成滑移臺階循環(huán)變形試樣表面出疲勞損傷的微觀機(jī)制104cycles5104cycles2.7105cyclesSliplinesintensified永久滑移帶(PSB)的形成Earlystagesoffatigueareprimarilyasurfacephenomenon.精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制104cycles5104cycles2疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制CyclicSlip-initialarrangementsCyclicHardening精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制CyclicSlip-initial疲勞損傷的微觀機(jī)制SurfacereliefShearcracksformation精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制SurfacereliefShearc疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiation精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiation精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制疲勞裂紋的萌生位置：材料表面（PSB，表面缺陷，腐蝕坑等）材料內(nèi)部（1）內(nèi)部PSB（2）內(nèi)部不連續(xù)的組織處（夾雜物，氣孔，相界，晶界，孿晶界，二次相顆粒，孔洞等）精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制疲勞裂紋的萌生位置：精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiationatpores精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Crackinitiationatp疲勞損傷的微觀機(jī)制Cracksinitiatedinmicrostructures精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Cracksinitiatedinm疲勞損傷的微觀機(jī)制inclusionsInteriormicrostructures精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制inclusionsInteriormi疲勞損傷的微觀機(jī)制Processoffatigue精品PPT疲勞損傷的微觀機(jī)制Processoffatigue精品P疲勞與斷裂疲勞斷裂力學(xué)疲勞與斷裂裂紋擴(kuò)展規(guī)律及其運用精品PPT疲勞與斷裂疲勞斷裂力學(xué)疲勞與斷裂裂紋擴(kuò)展規(guī)律及其運用精品PP疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPT疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPT疲勞裂紋擴(kuò)展過程疲勞裂紋擴(kuò)展的兩階段：StageI(controlledbyshearstressorshearstrain);StageII(controlledbymaximumtensilestressrange).Intergranularortransgranular?Itdepends……ShortcrackLoadingdirection精品PPT疲勞裂紋擴(kuò)展過程疲勞裂紋擴(kuò)展的兩階段：IntergranulCyclicplasticzonesize疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTCyclicplasticzonesize疲勞裂紋擴(kuò)展StageIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTStageIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品StageIIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTStageIIcrackgrowth疲勞裂紋擴(kuò)展過程精StageIastageIbStageIa:singleslipStageIb:doubleslipStageII:multipleslip疲勞裂紋擴(kuò)展過程精品PPTStageIastageIbStabluntingresharpeningreblunting疲勞裂紋擴(kuò)展過程LairdmodelforStageIIfatiguecrackgrowth疲勞輝紋形成過程：拉伸過程中，裂紋尖端發(fā)生鈍化，裂紋擴(kuò)展a，在壓應(yīng)力下裂紋尖端重新銳化，隨后的拉伸應(yīng)力下重新鈍化。loadingunloadingloading精品PPTbluntingresharpeningreblunting疲勞裂紋的尺度問題精品PPT疲勞裂紋的尺度問題精品PPT疲勞裂紋的尺度問題SeveralgraindiametersInteractionswithgrainandphaseboundaries,precipitatesandpores精品PPT疲勞裂紋的尺度問題Severalgraindiamete有裂紋萌生-擴(kuò)展-斷裂三個階段。

壽命（過程的長短）

--取決于載荷、作用次數(shù)和材料的疲勞抗力。

Ntotal=Ninitiation+Npropagation

IrreversiblecyclicslipaccumulationMicrostructurallyshortcracksMechanicallyshortcracksPhysicallyshortcracksLongcracksfracture疲勞裂紋的尺度問題精品PPT有裂紋萌生-擴(kuò)展-斷裂三個階段。壽命（過程的長短）Irr疲勞裂紋的尺度問題疲勞破壞的多尺度特性精品PPT疲勞裂紋的尺度問題疲勞破壞的多尺度特性精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律1963年P(guān)aris首先把斷裂力學(xué)引入了疲勞裂紋的擴(kuò)展，并認(rèn)為擴(kuò)展速率受控于裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK，ΔK=Kmax-Kmin。

式中C與n均為與材料有關(guān)的常數(shù)，n通常在2--4之間。精品PPT長裂紋擴(kuò)展規(guī)律1963年P(guān)aris首先把斷裂力學(xué)引入了疲勞裂ParisregimeUnstab