第三讲 应力疲劳

第三讲应力疲劳材料循环性能描述回顾按循环应力作用的大小，疲劳可分为应力疲劳和应变疲劳应力疲劳：最大循环应力Smax小于屈服应力Sy寿命一般较高（>104），高周疲劳应变疲劳：最大循环应力Smax大于屈服应力Sy（材料屈服后应变变化较大而应力变化较小，故一般以应变为控制参量）寿命一般较低（<104），低周疲劳材料应力疲劳特性1．S-N曲线评价和估算疲劳寿命或强度需建立外荷载与寿命之间的关系。反映外加应力S和疲劳寿命N之间关系的曲线称为S-N曲线。基本S-N曲线在最简单的荷载谱－恒幅循环应力作用下，R=-1时（对称恒幅荷载）实验给出的应力－寿命关系曲线2．S-N曲线的一般形状材料的S-N曲线一般由实验得到用一组标准试件在给定应力比和应力幅作用下，记录相应的寿命所得到的曲线。104106~7SbSf104106~7SbSfLCFHCFSFSmaxNSN三段：低周疲劳区（LCF），高周疲劳区（HCF）和亚可疲劳区义（陶S脑F浊）。煎由端S-尾N位曲线确定浸的对戒应于寿鹿命总N任的应力称阴为寿抵命面为储N施次循环的池疲劳强应度哑S嗓N比。捧N=1/垦4症对应材料垃的静拉伸姜强曾度检S合b顶，激N=10凤6~7筑对应的疲享劳强度为萄疲劳极盘限粗S枕f芬。特别地侵，澡R=潮1晃的疲劳极词限记爱为填S遵1赴。举在蔑HC减F惑区创，烛S-统N贡曲线在对项数坐标系姻上近似为牌直线。同S-由N举曲线的数铃学表达盏1巡）指数函亦数式情α糟和逆C挺为材料常牺数。两边贸取对数有得套A望=lg宵C凶和罢B=它-穿α贷lg壤e丙为材料常芹数。指数誉函数抢的则S-撞N历关系在半兰对数坐标熔系上为直弊线。招2喷）幂函数牲式（最常可用的形式川）鼓妨题糖两边取对立数有：救荷愧师幂函数祝的途S-评N萝关系在对泰数坐标系沉上为直线罪。衰3烟）四Weib背ul舍l席公式扎α丸和滥C庭为材料常俗数雕，程S摄af敲为理论应啄力疲劳极许限幅值版。虑Weib伴ul创l强公式包含虚疲劳极限努，垫即编S盖趋坐于旗S睁af蕉时残N篇趋于无穷包大。元4萌）三参数例公式词α贤和争C塞为材料常寒数覆，错S殃f桑为应力疲蛇劳极限。产3指．平均应槽力的影响袋反映材料彼疲劳性能言的千S-毛N绍曲线是在泻给定应力镰比下得出垮的，平均连应力RSm<0Sm=0Sm>0NSa嫌在给定应且力幅下应伸力践比图R溜增加，则恋平均应力旺增加，有子利于裂纹点的萌生和弹扩展，结龟构的疲劳快寿命降低爬。相对于艺基监本隶S-优N知曲线吴，蜘RSm<0Sm=0Sm>0NSa其S淡m掉<茅0唇时构件的蚊疲劳强度增加。础在实际工推程中采用嘱在哄应力集中暖处或高应千力区引斗入预压应参力是提高佳结构疲劳汪强度的有株效措施。辛4仰．疲劳极动限秩S学f剖的近似估蛋计戚描绘材料梅基本疲劳巧性能妥的能S-趴N切曲线只能涉由实验得者出。在缺慈乏实验结虎果时可依啦据材料强汗度蜡S锣b只作如下简五单估算供作初步设计恢参考。爆1矮）弯曲荷位载作用暗陆贴S当f(be六ndin姑g)响=0良.5S请b值仁叶S抹b恭<1锹400M羞Pa酷轮侄S号f(be智ndin陡g)单=7训00MP哑a扣S会b番>1谁400M喉Pa郊2滤）拉压荷详载作用范凝声S愉f(te唤nsio职n)付=0虫.7S裤f(be耗ndin很g)主=0.透35S穿b军3艘）扭转荷宅载作用双侨武S县f(to蝶rsio肠n)搭=0冲.577傅S肌f(be歇ndin笛g)挠=0.车29S解b输脆性材终料帅S难b猴取极限抗励拉强度，和延性材观料鉴S晃b流取为屈服逆强度。木5休．无实验沿数据解时胃S-捎N亦曲线的估邻计拔如已知材凑料的疲劳抱极梳限惹S芳f侄和极限强屡度忙S埋b践，则材料拨的灶S-拴N调曲线可由掩以下方法柳作偏于保兔守的估计乒S-滑N击曲线用幂晴函数形那式魔S诱α局N=政症C斑，通常假约定流N=10循3维时有歌妹敲N=醒10世3恳,到渐疲劳极限邮一般所对哗应的寿命选可达凉到孔N=10杏7钩，考虑到帐误差，作项保守的假仇定爪械州N=季10板6粉,哲董则系数啊α取、商C尘可求出如花下攻，久老饮以上估计橡只能用坝于敬10属3腰<N蛙<1肯0拿6它，不宜外嗓推。SmSaS1SbN=104N=107SmSaS1SbN=104N=107看将不同应勿力撑比哀R订的疲劳灿极限画眯在膊S侨a贱S凝m御图上即为宇疲铜劳极限图产。维裤护图由于实验映测定疲劳渡极限SmSaGoodman线SR=SmSaGoodman线SR=1SsGerber曲线Soderberg线Sb喝疲劳极限掀图的经验慧模型。哈1谦）疲Gerb衫e李r竹抛物线模怠型舒2狼）猜Good烫ma等n掩直线模型甩3肃）吼Sode候rber滤g夜直线模型忧Sobe踏rber吼g腔模型过于位保守朋，锁Berb头e丹r宾模型则偏谅于危险塑，恼Goog闭ma碧n胃模型则偏径于保守，正为工程实朗际中常用圆。绍例：构件然受拉压循舰环应力作钱用岂，丸S校max附=8栋00Mp胞a屠，斯S怎min列=8帅0Mp缓a星，若已知恩材料的极堪限强度想为挖S闸b痕=1淘200M刘p滤a侮，试估算喘其疲劳寿蓄命。赔解更：西1评）确定循物环应力幅轧和平均应在力巴誉日2他）估算对棒称循环下色的基馅本妈S-舟N向曲线挪复勿援拉压循环吹应力作用脱时材料的我疲劳极限逝为武摩叠扣若基捏本情S-钞N贡曲线可由娇幂函数表湖示，则有岛秘厕3驱）循环应剂力等寿命厦转换并犯和屯用仔Good必ma眉n拒方程将实娘际工作循范环应力等木寿命转换捐为对称循势环下的应薄力水平疏愚五鸣解出：衫绣哥4理）估计构君件寿命离杠惕逃对称循环足下的寿命葛可由基筋本坐S-特N胸曲线得出浸往诸卖即估计的乓构件寿命圣为临N=1.畏09挥10况5荣次循环。植7剩．等寿命惨疲劳曲线举图未等寿命疲宝劳曲线：凳在殿S启a接S竭m父平面上将