第十七章疲劳与断裂简介

1、1217171 1 概述概述 疲劳破坏的概念疲劳破坏的概念172 交变应力的基本参量、疲劳极限交变应力的基本参量、疲劳极限173 影响疲劳极限的主要因素影响疲劳极限的主要因素小结小结第十七章第十七章 疲劳与断裂疲劳与断裂3一、交变应力的概念：一、交变应力的概念：随时间发生交替变化的应力交变应力（重复应力）。例火车的轮轴发动机的连杆工作时；工作时。ABFFmmA1234A点：1234。00maxmaxct第十七章第十七章 疲劳与断裂疲劳与断裂17171 1 概述概述 疲劳破坏的概念疲劳破坏的概念4二、疲劳破坏的概念：二、疲劳破坏的概念：不论脆性材料还是塑性材料长期在交变应力下工作，即使在最大的工

2、作应力远小于材料的极限应力，也会发生突然的断裂，且破坏时即使是塑性材料也和脆性材料一样，再破坏之前没有明显的塑性变形，这种现象成为疲劳破坏。三、疲劳的主要特征：三、疲劳的主要特征：1、构件内的最大工作应力远小于材料的极限应力（强度极限或 屈服极限）；2、即使是塑性较好的钢材也会在没有明显塑性变形的情况下发 生突然的断裂；3、疲劳破坏的断口表面呈现两个截然不同的区域，其一为光滑 区，另一个为晶粒状的粗糙区。5四、疲劳破坏的实质：四、疲劳破坏的实质：构件在交变应力的作用下，由疲劳裂纹源的形成、疲劳裂纹的扩展以及最后的脆断的全部过程。五、疲劳破坏的三个阶段：五、疲劳破坏的三个阶段：1、疲劳裂纹源的形

3、成；2、疲劳裂纹的扩展过程；3、脆性断裂。6tomaxminma一个应力循环一个应力循环一、交变应力的基本参量：一、交变应力的基本参量：1、应力循环、应力循环：应力每重复变化一次，称为一个应力循环。2、循环次数、循环次数：应力重复变化的次数。3、循环特征、循环特征：)(;maxminmaxminrr172 交变应力的基本参量、疲劳极限交变应力的基本参量、疲劳极限74、平均应力、平均应力：)2(;2minmaxminmaxmm5、应力幅度、应力幅度：)2(;2minmaxminmaxaa应力变程（应力幅）：)(;minmaxminmax3、循环特征、循环特征：)(;maxminmaxminrr（

4、1）、r=-1，对称循环； r-1，非对称循环；（2）、 r=0，脉动循环；（3）、 r=1，静荷载作用下的应力；（4）、max、min 数值始终保持不变，称为稳定的交变应力。8二、疲劳极限（持久极限、耐劳极限）：二、疲劳极限（持久极限、耐劳极限）：1、材料的疲劳寿命、材料的疲劳寿命：材料疲劳破坏时所经历的应力循环次数。2、材料的疲劳极限、材料的疲劳极限：材料经历无限次应力循环而不发生疲劳 破坏，相应的最大应力值。用“r”表示。材料的疲劳极限除与材料本身的材质有关外，还与变形形式、循环特征和应力循环次数有关。它与强度极限的意义相同。三、构件的疲劳极限：三、构件的疲劳极限：构件的疲劳极限在材料的

5、疲劳极限的基础上，再考虑 其它因素的影响。9四、影响构件疲劳极限的因素：四、影响构件疲劳极限的因素：1、构件外型的影响（应力集中）“有效应力集中系数”1krdrkrdrkk)()(;)()(无应力集中时的疲劳极限有应力集中时的疲劳极限2、构件尺寸的影响“尺寸影响系数”1rdrrdr)(;)(大尺寸光滑试件的疲劳极限小尺寸光滑试件的疲劳极限3、构件表面质量的影响“表面状态系数”drrdrr)()(;)()(在各种加工下试件的疲劳极限试件表面磨光加工的疲劳极限10rrrrkk00;构件的疲劳极限材料的疲劳极限五、疲劳的强度计算：五、疲劳的强度计算：nrr0max)( ;);( ;00kKKkKKr

6、rrr11一、交变应力的基本参量：一、交变应力的基本参量：1、循环特征、循环特征：)(;maxminmaxminrr2、平均应力、平均应力：)2(;2minmaxminmaxmm3、应力幅度、应力幅度：)2(;2minmaxminmaxmm二二 、交变应力的概念：、交变应力的概念：随时间发生交替变化的应力交变应力（重复应力）。本章小结本章小结12三、疲劳破坏的概念：三、疲劳破坏的概念：不论脆性材料还是塑性材料长期在交变应力下工作，即使在最大的工作应力远小于材料的极限应力，也会发生突然的断裂，且破坏时即使是塑性材料也和脆性材料一样，再破坏之前没有明显的塑性变形，这种现象成为疲劳破坏。四、疲劳的主

7、要特征：四、疲劳的主要特征：1、构件内的最大工作应力远小于材料的极限应力（强度极限或 屈服极限）；2、即使是塑性较好的钢材也会在没有明显塑性变形的情况下发 生突然的断裂；3、疲劳破坏的断口表面呈现两个截然不同的区域，其一为光滑 区，另一个为晶粒状的粗糙区。13五、疲劳破坏的实质：五、疲劳破坏的实质：构件在交变应力的作用下，由疲劳裂纹源的形成、疲劳裂纹的扩展以及最后的脆断的全部过程。六、疲劳破坏的三个阶段：六、疲劳破坏的三个阶段：1、疲劳裂纹源的形成；2、疲劳裂纹的扩展过程；3、脆性断裂。七、疲劳极限（持久极限、耐劳极限）：七、疲劳极限（持久极限、耐劳极限）：1、材料的疲劳寿命、材料的疲劳寿命：材料疲劳破坏时所经历的应力循环次数。2、材料的疲劳极限、材料的疲劳极限：材料经历无限次应力循环而不发生疲劳 破坏，相应的最大应力值。用“r”表示。材料的疲劳极限除与材料本身的材质有关外，还与变形形式、循环特征和应力循环次数有关。它与强度极限的意义相同。14八、构件的疲劳极限：八、构件的疲劳极限：构件的疲劳极限在材料的疲劳极限的基础上，再考虑 其它因素的影响。1、构件外型的影响（应力集