介紹
疲勞損傷發生在受
交變應力(或應變)作用的零件和構件,零件和構件在低於材料
屈服極限的交變應力(或應變)的反覆作用下,經過一定的循環次數以後,在
應力集中部位萌生裂紋,裂紋在一定條件下擴展,最終突然斷裂,這一失效過程稱為
疲勞破壞。
疲勞強度的計算
常規
疲勞強度計算是以
名義應力為基礎的,可分為無限壽命計算和
有限壽命計算。零件的疲勞壽命與零件的
應力、應變水平有關,它們之間的關係可以用應力一壽命曲線(
S-N曲線)和應變一壽命曲線(δ-Ν曲線)表示。應力一壽命曲線和應變一壽命曲線,統稱為S-N曲線。根據試驗可得其數學表達式:
σmN=C
式中:N應力循環數;
m、C材料常數。
循環應力
循環應力的特性用最小應力σmin與最大應力σmax的比值r=σmin/σmax表示,r稱為循環特徵。對應於不同循環特徵,有不同的
S-N曲線、
疲勞極限和條件疲勞極限。對不同方向的應力,可用正負值加以區別,如
拉應力為正值,
壓應力為負值。當r=-1,即σmin=-σmax時,稱為對稱循環
應力;當r=0,即σmin=0時,稱為
脈動循環應力;當r=+1,即σmin=σmax時,應力不隨時間變化,稱為靜應力;當+lr-1時,統稱為不對稱循環應力。對應於不同循環特徵,有不同的S-N曲線、疲勞極限和
有限壽命的條件疲勞極限。
定義
材料
疲勞極限可從有關設計手冊、材料手冊中查出。缺乏疲勞極限數據時,可用經驗的方法根據材料的
屈服極限σs和
強度極限σb計算。
積累理論
疲勞損傷積累理論認為,當零件所受應力高於
疲勞極限時,每一次載荷循環都對零件造成一定量的損傷,並且這種損傷是可以積累的;當損傷積累到
臨界值時,零件將發生
疲勞破壞。較重要的疲勞損傷積累理論有
線性和
非線性疲勞損傷積累理論,線性疲勞損傷積累理論認為,每一次循環載荷所產生的疲勞損傷是相互獨立的。總損傷是每一次疲勞損傷的線性累加,它最具代表性的理論是帕姆格倫一邁因納定理,套用最多的是線性疲勞損傷積累理論。
提高方法
工件外觀
應力處理
具體實施
疲勞壽命的延伸
(1)
許用應力是機械設計中允許零件或構件承受的最大應力值,要判定零件或構件受載後的工作應力過高或過低,需要預先確定一個衡量的標準,這個標準就是許用應力。許用應力等於考慮各種影響因素後經適當修正的材料失效應力除以
安全係數。靜強度設計中塑性材料以屈服極限作為失效應力,
脆性材料以強度極限作為失效應力。
(2)疲勞及疲勞壽命。
疲勞損傷發生在受
交變應力(或應變)作用的零件和構件,零件和構件在低於材料屈服極限的交變應力(或應變)的反覆作用下,經過一定的循環次數以後,在
應力集中部位萌生裂紋,裂紋在一定條件下擴展,最終突然斷裂,這一失效過程稱為
疲勞破壞。材料在疲勞破壞前所經歷的應力循環數稱為疲勞壽命。
常規
疲勞強度計算是以
名義應力為基礎的,可分為無限壽命計算和
有限壽命計算。零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關,它們之間的關係可以用應力一壽命曲線(σ-N曲線)和應變一壽命曲線(δ-Ν曲線)表示。應力一壽命曲線和應變一壽命曲線,統稱為
S-N曲線。根據試驗可得其數學表達式:
σmN=C
m、C材料常數。
(3)循環應力的特性。
循環應力的特性用最小應力σmin與最大應力σmax的比值r=σmin/σmax表示,r稱為循環特徵。對應於不同循環特徵,有不同的
S-N曲線、
疲勞極限和條件疲勞極限。對不同方向的應力,可用正負值加以區別,如
拉應力為正值,
壓應力為負值。當r=-1,即σmin=-σmax時,稱為
對稱循環應力;當r=0,即σmin=0時,稱為
脈動循環應力;當r=+1,即σmin=σmax時,應力不隨時間變化,稱為靜應力;當+lr-1時,統稱為不對稱循環應力。對應於不同循環特徵,有不同的S-N曲線、疲勞極限和
有限壽命的條件疲勞極限。
(4)疲勞極限。材料疲勞極限可從有關設計手冊、材料手冊中查出。缺乏疲勞極限數據時,可用經驗的方法根據材料的
屈服極限σs和
強度極限σb計算。
(5)
疲勞損傷積累理論。疲勞損傷積累理論認為,當零件所受應力高於疲勞極限時,每一次載荷循環都對零件造成一定量的損傷,並且這種損傷是可以積累的;當損傷積累到
臨界值時,零件將發生
疲勞破壞。較重要的疲勞損傷積累理論有線性和非線性疲勞損傷積累理論,線性疲勞損傷積累理論認為,每一次循環載荷所產生的疲勞損傷是相互獨立的。總損傷是每一次疲勞損傷的線性累加,它最具代表性的理論是帕姆格倫一邁因納定理,套用最多的是線性疲勞損傷積累理論。