疲劳破坏的一般规律

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　　1、疲劳的定义
　　材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。

　　2、变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。
　　变动应力：变动载荷在单位面积上的平均值
　　分为：规则周期变动应力和无规则随机变动应力

　　3、循环载荷(应力)的表征
　　①最大循环应力：σmax
　　②最小循环应力：σmin
　　③平均应力： σm=(σmax +σmin)/2
　　④应力幅σa或应力范围Δσ：Δσ=σmax-σmin σa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2
　　⑤应力比(或称循环应力特征系数)： r= σmin/σmax

　　4、循环应力分类
　　按平均应力、应力幅、应力比的不同，循环应力分为
　　① 对称循环σm=(σmax + σmin)/2=0 r=-1
　　属于此类的有：大多数旋转轴类零件。
　　② 不对称循环
　　σm≠0
　　如：发动机连杆、螺栓
　　(a)σa> σm>0，-1
　　(b)σa> 0，σm<0，r<-1
　　③ 脉动循环
　　σm=σa>0，r=0(σmin=0)如：齿轮的齿根、压力容器。
　　σm=σa<0，r=∞(σmax=0)如：轴承(压应力)
　　④ 波动循环
　　σm> σa 00 如：发动机气缸盖、螺栓。
　　⑤ 随机变动应力
　　应力大小、方向随机变化，无规律性。 如：汽车、飞机零件、轮船。

　　二、疲劳破坏的特点
　　在变动载荷作用下，材料薄弱区域，逐渐发生损伤，损伤累积到一定程度→产生裂纹，裂纹不断扩展→失稳断裂。
　　特点：从局部区域开始的损伤，不断累积，最终引起整体破坏。
　　1、潜藏的突发性破坏，脆性断裂(即使是塑性材料)。
　　2、属低应力循环延时断裂(滞后断裂)。
　　3、对缺陷十分敏感(可加速疲劳进程)。

　　三、疲劳破坏的分类
　　1、按应力状态： 弯曲疲劳
　　扭转疲劳
　　拉压疲劳
　　接触疲劳
　　复合疲劳
　　2、按应力大小和断裂寿命
　　N>105，б<бs 高周疲劳→低应力疲劳
　　N=102～105，б≥бs 低周疲劳→高应力疲劳

　　四、疲劳破坏的表征—疲劳寿命
　　疲劳寿命：材料疲劳失效前的工作时间，即循环次数N。

　　疲劳曲线: 应力б↑，N↓

　　五、疲劳断口的宏观特征
　　典型疲劳断口具有3个特征区：疲劳源 疲劳裂纹扩展区 瞬断区
　　1、疲劳源
　　疲劳裂纹萌生区，多出现在零件表面，与 加工刀痕、缺口、裂纹、蚀坑等相连。
　　特征：光亮，因为疲劳源区裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多。

　　疲劳源可以是一个，也可以有多个。如：单向弯曲，只有一个疲劳源;双向弯曲，可出现两个疲劳源。

　　2、疲劳裂纹扩展区(亚临界扩展区)
　　特征：断口较光滑并分布有贝纹线或裂纹扩展台阶。

　　贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向，近疲劳源区贝纹线较细密(裂纹扩展较慢)，远疲劳源区贝纹线较稀疏、粗糙(裂纹扩展较快)。

　　贝纹线(海滩花样)
　　贝纹线区的大小取决于过载程度及材料的韧性，高名义应力或材料韧性较差时，贝纹线区不明显;反之，低名义应力或高韧性材料，贝纹线粗且明显，范围大。
　　名义载荷
　　根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。即机器平稳工作条件下作用于零件上的载荷。
　　计算载荷=载荷系数*名义载荷
　　3、瞬断区
　　裂纹失稳扩展形成的区域
　　断口特征：
　　断口粗糙，脆性材料断口呈结晶状;韧性材料断口在心部平面应变区呈放射状或人字纹状;表面平面应力区则有剪切唇区存在。
　　瞬断区一般在疲劳源对侧
　　瞬断区大小与名义应力、材料性质有关

　　高名义应力或脆性材料，瞬断区大;反之，瞬断区小。

转自：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... dpUE639Q23h61dFZ#rd

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