工力第16章-疲劳

第

16

章疲劳强度问题

本章主要研究：

循环应力与疲劳的概念

材料的疲劳强度

构件的疲劳强度与分析计算提高构件疲劳强度的措施胡耀增：工程力学1§1

引言

§2

循环应力及其类型§3S-N曲线与材料的疲劳极限§4影响构件疲劳极限的主要因素§5对称循环应力下的疲劳强度计算§6累积损伤概念简述胡耀增：工程力学2§1引言

循环应力

疲劳破坏及其特点胡耀增：工程力学3循环应力实例载荷

F

的大小循环变化,联杆内应力随之变化每个齿随齿轮转动循环受力，齿内应力循环变化胡耀增：工程力学4起落架因飞机起落而反复受载（载荷不变,轴转动）胡耀增：工程力学5循环应力－随时间循环变化的应力（也称交变应力）循环应力的变化幅度，可能是恒定的,也可能是变化的循环应力恒幅循环应力变幅循环应力胡耀增：工程力学6疲劳破坏及其特点在循环应力作用下，材料或构件产生可见裂纹或完全断裂的现象－称为疲劳破坏，简称疲劳在循环应力作用下，如果应力足够大，并经历应力的多次循环后，构件将产生可见裂纹或完全断裂疲劳破坏胡耀增：工程力学7疲劳破坏特点钢拉伸疲劳断裂

破坏时应力低于sb，甚至ss

即使是塑性材料，也呈现脆性断裂

断口通常呈现光滑与粗粒状两个区域断疲劳破坏过程，可理解为裂纹萌生、逐渐扩展与最后断裂的过程胡耀增：工程力学8§2循环应力及其类型

循环应力描述

循环应力类型胡耀增：工程力学9循环应力描述恒幅循环应力较常见，也是分析变幅循环应力问题的基础两种描述方式：最大应力smax与最小应力smin平均应力sm与应力幅sa胡耀增：工程力学10循环应力类型循环应力变化特点，影响材料与构件的疲劳强度－应力比或循环特征对称循环应力脉动循环应力非对称循环应力－所有

r

-1的循环应力胡耀增：工程力学11§3

S-N曲线与材料的疲劳极限

疲劳试验S-N曲线与材料的疲劳极限胡耀增：工程力学12疲劳试验旋转弯曲疲劳试验采用小尺寸（6~10mm）光滑标准试样（为一等强梁）轴向拉压疲劳试验机胡耀增：工程力学13S-N曲线与材料的疲劳极限

S-N曲线

-

应力

S（s

或t）与相应应力循环数（或寿命）N的关系曲线

持久极限-

材料能经受无限次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值，用

sr或tr表示，r－循环特征s/MPasbssN钢sr－持久极限胡耀增：工程力学14N0－某指定寿命－材料疲劳极限或条件疲劳极限材料的持久极限与疲劳极限，统称为材料的疲劳极限胡耀增：工程力学15§4影响构件疲劳极限的主要因素

构件外形的影响

构件横截面尺寸的影响构件表面加工质量的影响胡耀增：工程力学16构件外形的影响应力集中促使疲劳裂纹的形成，对构件疲劳强度的影响很大－存在应力集中试样的疲劳极限－不存在应力集中试样的疲劳极限R愈小,Ks

愈大sb愈高，应力集中对sr的影响愈显著

Ks－有效应力集中因数胡耀增：工程力学17应尽量减小应力集中，特别对于高强度材料构件增大圆角半径减小相连杆段的横向尺寸的差别将必要的孔与沟槽等配置在低应力区采用凹槽与卸荷糟等胡耀增：工程力学18构件横截面尺寸的影响试验：弯、扭疲劳极限随构件横截面尺寸增大而减小－标准试样的疲劳极限－大尺寸试样的疲劳极限d愈大,sr降低愈多sb愈高,sr降低愈多es

,et－尺寸因数胡耀增：工程力学19构件表面加工质量的影响最大应力发生在构件表层，构件表面又常存在各种缺陷，故构件表面加工质量与表层状况对疲劳强度存在影响表面加工质量愈低,sr降低愈多；sb愈高，加工质量对sr的影响愈大

b

－表面质量因数对于重要构件,尤其存在应力集中的部位,应特别讲究表面加工方法,愈采用高sb材料,愈重要提高构件表层材料的强度、改善表层应力状况，例如渗碳、渗氮、高频淬火、表层滚压与喷丸等胡耀增：工程力学20§5对称循环应力下构件的疲劳强度计算

对称循环疲劳强度条件

例题胡耀增：工程力学21对称循环疲劳强度条件构件疲劳极限与许用应力构件疲劳强度条件（轴）（拉压杆与梁）构件疲劳极限构件疲劳许用应力nf－疲劳安全因数胡耀增：工程力学22smax,tmax－最大工作应力（名义应力）[s-1],[t-1]－对不同截面一般不同疲劳强度条件的另一种表示形式：胡耀增：工程力学23例题例

5-1

铬镍合金钢轴，承受对称循环交变弯矩，

Mmax=700N.m,校核疲劳强度。D=50mm，d=40mm,R=5mm,sb=1200MPa,s-1=480MPa,nf=1.6，表面精车加工。

解：1.工作应力计算危险截面：A-A胡耀增：工程力学242.确定影响因数3.校核疲劳强度胡耀增：工程力学25§6累积损伤概念简介累积损伤概念迈因纳定律胡耀增：工程力学26累积损伤概念汽车轴、飞机起落架等承受变幅循环应力，以最大峰值应力低于疲劳极限考虑其强度，过于保守累积损伤概念：当构件承受高于疲劳极限的应力时，每个应力循环将使构件受到损伤，而当损伤积累到一定程度时，构件将发生破坏胡耀增：