材料的疲劳与断裂ppt课件.pptx

《材料的疲劳与断裂ppt课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料的疲劳与断裂ppt课件.pptx（94页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,Fatigue & Fracture4.1 疲劳概述 (introduction)什么是疲劳？4.1.1扰动（变动）应力疲劳断裂破坏的严重性4.1.2疲劳破坏的特点4.1.3疲劳宏观断口,2012-4-19,wzhuoyt,1,4 材料的疲劳与断裂,何谓疲劳？,2012-4-19,wzhuoyt,2, 疲劳:特指材料或构件在应力或应变反复 作用下发生损伤和断裂的现象。 疲劳断裂是最常见的破坏形式。各类机 件破坏中80%90%属于疲劳断裂。 疲劳断裂通常发生在远低于材料静强度 的变动应力条件下出现，而且破坏前不 发生明显塑性变形，难以检测和预防。 造成的危害大。,什么是材料的疲劳？,2012-

2、4-19,wzhuoyt,3, 1939年法国工程师poncelet J.V 在巴黎大学讲课时首先使用“疲劳”这一 术语，用来描述材料在循环载荷作用下承载能力逐渐耗尽以致最后突然断裂的 现象。,什么是材料的疲劳？,2012-4-19,wzhuoyt,4,在某点或某些点承受扰动应力，且在 足够多的循环扰动作用之后形成裂纹 (损伤)或完全断裂的材料中所发生的 局部的永久性结构变化的发展过程， 称为疲劳。（P.143，第一段),疲劳断裂的表现形式,2012-4-19,wzhuoyt,5, 机械疲劳：外加应力/应变波动造成的。 蠕变疲劳：循环载荷与高温联合作用下的疲 劳。 热机械疲劳：循环受载部件的温

3、度变动时材 料的疲劳。 腐蚀疲劳：在侵蚀性化学介质或致脆介质环 境中施加变动载荷引起的疲劳。 磨损疲劳：接触疲劳、微动疲劳、 电致疲劳,2012-4-19wzhuoyt 6,疲劳的分类（细化）,2012-4-19,wzhuoyt,7, 1 按试样破断时应力（应变）循环周次高低分： 低周疲劳试验、高周疲劳试验。失效循环周次 大于5X104的称为高周疲劳试验，小于5X104的 称为低周疲劳试验。 2 按试验环境分：室温疲劳试验、低温疲劳试 验、高温疲劳试验、热疲劳试验、腐蚀疲劳试 验、接触疲劳试验、微动磨损疲劳试验等。 3 按应力的加载方式分：拉-压疲劳试验、弯曲疲劳试验、扭转疲劳试验、复合应力疲

4、劳试 验。,疲劳的分类,裂纹扩展试验。2012-4-19,wzhuoyt,8, 4 按应力循环的类型分：等幅疲劳试验、变频疲 劳试验、程序疲劳试验、随机疲劳试验等。 5 按应力比分：对称疲劳试验，非对称疲劳试验。 非对称疲劳试验又可以分为单向、双向加载疲劳试 验。单向加载疲劳试验又可以分为脉动疲劳试验、 波动疲劳试验。 6 按试验目的分：性能测试疲劳试验、影响系数 疲劳试验、对比疲劳试验、筛选疲劳试验、验证疲 劳试验等。 7 按试样有无预制裂纹分：常规疲劳试验、疲劳,0,S,t 0,三角波,S,t,正弦波,0,S,t,矩形波,频率 (f=N/t)f=100Hz, t=100h,波形,N=ft=

5、3.6,107 (次循环),0,S,t,梯形波,4.1.1扰动（变动）应力（P.144）,2012-4-19,wzhuoyt,9, 1、变动载荷 大小、方向或者大小和方向均随时间而变化。 变化分为周期性，无规则性， 相对应的应力，称为变动应力 2、循环应力 循环应力的波形一般近似为 正弦波、矩形波和三角形波等。 （1）循环应力的描叙max，min； 平均应力m=1/2（max+min）应力幅a=1/2（max-min）应力比=min/max （2）循环应力的种类 对称交变应力；脉动应力；波动应力；不对称交变应力。,2012-4-19,wzhuoyt,10,变动载荷和循环应力,主要控制参量a，重

6、要影响参量R, 平均应力,2012-4-19,wzhuoyt,11,m=(max+min)/2 a=(max-min)/2=max-min, 应力半幅, 应力变程, 应力比(循环特性参数)R=min/max,0,t,对称循环,Smax=-Smin,tSmax=Smin,静载,SSSR= -1R=0R=1,0,0,t,脉冲循环,Smin=0,主要控制参量： a，重要影响参量：R频率 (f=N/t) 和 波形的影响是较次要的。,应力比R反映了载荷的循环特性。如,2012-4-19,wzhuoyt,12,断裂(包括疲劳、腐蚀引起的断裂) 使美国一年损失1190亿美元, 为其1982年国家总产值的4%

7、。 损失最严重的是：车辆业(125亿/年)， 建筑业(100亿/年)， 航空业(67亿/年)，,金属结构及制品业,(55亿/年)。,疲劳断裂破坏的严重性,2012-4-19,wzhuoyt,13,国际民航组织 (ICAO)发表的 “涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出：80年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁人亡 重大事故，平均每年100次。(不包括中、苏)Int. J. Fatigue, Vol.6, No.1, 1984工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破 坏的50-90%，是机械、结构失效的最常见形式。因此，工程技术人员必须认真考虑可能的疲劳断 裂问题。,疲劳断裂引起的空难达每年

8、100次以上,2012-4-19,wzhuoyt,14,按静强度设计，满足b，为什么还发生破坏？19世纪30-40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处（应力仅为0.4 ys ）多次发生破坏；,1954年1月, 英国慧星(Comet)号喷气客机坠入地中 海（机身在舱门拐角处开裂）；,2012-4-19,wzhuoyt,15,大型汽轮机 转子,2012-4-19,wzhuoyt,16,轴,疲劳断裂破坏wzhuoyt,2012-4-19,17,叶轮,转子轴,疲劳断裂破坏wzhuoyt,2012-4-19,18,疲劳开裂,叶片击穿厂房房顶wzhuoyt,2012-4-19,19,飞机整机结构强度实验,机翼破

9、坏实验wzhuoyt,2012-4-19,20,飞机整机结构强度实验,机身破坏实验wzhuoyt,2012-4-19,21,上海东方电视塔,高300m,球径45m,2012-4-19,wzhuoyt,22,抗震模型试验（破坏部位、破坏形式、抗震能力）,静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程 中最为关注的基本失效模式。,控制疲劳强度、断裂强度的是什么？,2012-4-19,wzhuoyt,23,1998 德国高铁 884出轨 車輪乃雙殼夾層式車輪 因金屬疲勞導致損壞,2012-4-19,wzhuoyt,24,4.1.2疲劳破坏特点,2012-4-19,wzhuoyt,25, 书上P.144，（）

10、-（）1. 疲劳断裂是低应力脆断。应力远低于弹性极 限。2. 疲劳断裂是延时断裂。循环应力作用下产生。3. 疲劳过程是损伤累积的过程。内部组织变化 引起-损伤-累积-疲劳断裂。4. 微观：裂纹萌生、稳态扩展、加速扩展。,疲劳断口特征，有三个典型的形貌区域：1 疲劳源：裂纹萌生的地方。表面，缺 口、裂纹、刀痕、蚀坑。2 疲劳扩展区：裂纹稳态扩展形成的。3 瞬时断裂区：裂纹失稳快速扩展形成 的。详解：,2012-4-19,wzhuoyt,26,4.1.3疲劳宏观断口（p.145）,疲劳断口的三个典型形貌区,2012-4-19,wzhuoyt,27,1疲劳源特点,2012-4-19,wzhuoyt,

11、28,1）多在机件表面缺陷处，也可在内部 缺陷严重处 2）疲劳源区比较光滑（因摩擦引起）3）因加工硬化，表面硬度提高；4）可以有多个疲劳源。,疲劳源实物及示意图,左图为实物断口，其中 ，为为疲劳源,2012-4-19,wzhuoyt,29,实物案例 曲轴的弯曲疲劳，疲劳源在圆根处,2012-4-19,wzhuoyt,30,2：疲劳扩展区特征1）断口光滑并有贝纹线（海滩条带、海 滩花样），有时还有裂纹扩展台阶； 2）贝纹线凹面指向疲劳源，凸面指向裂 纹扩展方向； 3）贝纹线刚开始较细密，表明裂纹扩展 较慢，而后变稀疏，粗糙，表明裂纹扩 展较快；,2012-4-19,wzhuoyt,31,疲劳断口

12、观察工具与观察内容的关系:,1-10,10-10001000以上裂纹源，滑移， 条纹，微解理 夹杂，缺陷；微孔聚合,放大 倍数,观察 工具,肉眼，放大镜金相显微镜电子显微镜,观察 对象,宏观断口， 海滩条带；,2012-4-19,wzhuoyt,32,疲劳断口的三个典型形貌区,2012-4-19,wzhuoyt,33,3：疲劳瞬断区特征,2012-4-19,wzhuoyt,34,1）是裂纹失稳扩展形成的区域；2）断口比疲劳区粗糙，宏观特征如同静载3）脆性材料断口呈结晶状；4）韧性材料断口，在心部平面应变区呈放射状或人字纹状，边缘平面应力区则有剪 切唇存在。 5）高名义应力或低韧性材料，瞬断区大

13、,2012-4-19wzhuoyt 35,4.2疲劳的宏观表征-疲劳强度（书P.146）,2012-4-19,wzhuoyt,36,疲劳强度（材料性能学-王从曾-书P.97）1.对称循环疲劳强度2.不对称循环疲劳强度3.不同应力状态下的疲劳强度4.疲劳曲线,2012-4-19,wzhuoyt,37,变应力的种类,变应力的特征参数,平均应力,应力半幅,循环特征（应力比）,2, min, max,m,2, min, max,a, max,r min,稳定循环 变应力,非稳定循 环变应力,随机性非稳 定变应力,规律性非稳 定变应力,变应力的种类,对称循环变应力,脉动循环变应力,非对称循环变应力,20

14、12-4-19,wzhuoyt,38,稳定循环变应力的分类,max=min,a=0 m=max,r= +1,max,max, min 0, 1 2,m,a,r = 0,max= -min=a,min,a max minm 0,r= -1,a,a,max,min,m,2,2 max min, min, max, m a,m,a,-1 r1,静应力,脉动循环 变应力,对称循环 变应力,任意不对称 循环变应力,min=0,t,0,a,m=a,a,m=0,疲劳实验,到底多大的载荷（10KN100KN）循环多少次（）才能使一根火车车轴出现疲劳现象呢？,2012-4-19,wzhuoyt,39,4.2.1

15、疲劳曲线（书P.146）,2012-4-19,wzhuoyt,40,德国铁路工程师沃勒Wohler开始作疲劳实验疲劳曲线：S-N曲线（扭转疲劳、拉-压 疲劳）实际是T-N（寿命）曲线分两种：1.逐点描绘法2.直线拟合法,1.逐点描绘法,2012-4-19,wzhuoyt,41,2.直线拟合法,2012-4-19,wzhuoyt,42,直线拟合法,S-N 曲线,2012-4-19,wzhuoyt,43,直线拟合法，在有限寿命区,2012-4-19,wzhuoyt,44,4.2.2疲劳极限-疲劳抗力指标（P.148）, 定义：材料能经受无限次应力循环而不发生 断裂的最大应力。即下图中疲劳曲线的水平

16、 部分对应的应力。 低于这个应力材料不会发生疲劳断裂。这个 应力强度值表征材料对疲劳断裂的抗力。,2012-4-19,wzhuoyt,45,条件疲劳极限, 条件疲劳极限：某些疲劳曲线没有水平部 分，此时规定能达到某一循环周次(N=107)而 不断裂的最大应力为条件疲劳极限。（如下 图的铝合金材料）,2012-4-19,wzhuoyt,46,疲劳极限的测定,2012-4-19,wzhuoyt,47, 疲劳极限必须由实验来测定。 旋转弯曲方法疲劳极限：-1、 扭转方法测的疲劳极限：-1、 单轴拉-压方法疲劳极限：-1p, 同一种材料在不同应力状态下测定的疲劳极限是不 同的，但它们之间有如下经验关系

17、： （书P.149）-1p=0.85-1（钢）-1p=0.65-1（铸铁）-1 =0.55-1（钢及轻合金） -1 =0.8-1（铸铁） 旋转弯曲方法疲劳极限：-1、 扭转-1、拉压-1p 对于同种材料有：-1-1p-1,2012-4-19,wzhuoyt,48,材料抗拉强度越高-其疲劳极限越高,2012-4-19,wzhuoyt,49, 疲劳极限是十分重要的力学性能，但实 验测定费时、费力，在要求不高的情况 下，可以根据材料的静强度来估算。 材料抗拉强度越高-其疲劳极限越高 抗拉强度：b,疲劳极限与静强度（P.150）,2012-4-19,wzhuoyt,50,结构钢： -1p=0.23（s

18、+ b)-1=0.27（s+ b),铸铁：-1p=0.4b,-1=0.45 b,铝合金：-1p=0.17b+7.5-1=0.17b-7.5 青铜：-1=0.21b大量研究表明，材料的强度越高，疲劳极限也 越高。因此可以通过合金化、适度的冷变形、细化 晶粒和组织等强化方法提高材料的疲劳极限。但应 注意，若强度过高、硬度过大，使材料脆性过大， 则适得其反。-1p单轴拉-压；-1旋转弯曲；b抗拉强度,4.2.3疲劳过载（P.154）,2012-4-19,wzhuoyt,51, 定义：材料在高于疲劳极限的应力状态 下工作。 两种情况：哗短时偶然过载：汽车急刹车，短时、 偶然行为。哗持久（有限寿命）过载

19、：飞机起落 架，有限寿命服役行为。,4.2.3.2过载损伤界（偶然过载）,2012-4-19,wzhuoyt,52, 短时偶然过载时，材料的疲劳寿命可能降低-可 能不降低。（书 P.152） 实验证明，材料在过载应力水平下只有运转一定 周次后，疲劳强度或疲劳寿命才会降低，造成过 载损伤。 疲劳寿命降低时，记录过载应力及引起损伤的最 少循环周次，得到该材料的过载损伤界。 运转只有超过过载损伤界的循环周次，才会引起 材料、机件损伤。,4.2.3.3疲劳损伤累积,2012-4-19,wzhuoyt,53,持久（有限寿命）过载 疲劳损伤累积理论的基本假设（P.153） ： 在高于疲劳极限的应力下，每循

20、环一次就使材料产生一定量的损伤，随循环次 数增加，损伤逐步累积，当损伤累积到 某一临界值D时，材料便发生疲劳断裂。,4.2.4疲劳缺口敏感度, 缺口区域的应力集中会降低机件的疲劳寿命和疲劳 强度。 材料在交变载荷作用下的缺口敏感性，常用疲劳缺,口敏感度qf评定,K1,Kt 1,f,f,q,Kt：理论应力集中系数，1；Kf：疲劳缺口系数 1,2012-4-19,wzhuoyt,54,1N,K f ,-1：光滑试样的疲劳极限； -1N：缺口试样的疲劳极限,疲劳缺口敏感度qf,2012-4-19,wzhuoyt,55, 通常qf值在01范围内。 且qf值越大，缺口敏感性越高。,结构钢：,qf=0.6

21、0.8,球墨铸铁：qf=0.110.25,灰铸铁：,qf=00.05, 低周疲劳的缺口敏感性（度）qf小于高周疲劳的 缺口敏感性。低周疲劳？高周疲劳？,4.2.5疲劳寿命,2012-4-19,wzhuoyt,56,疲劳寿命Nf ：从加载开始到试样断裂所经 历的应力循环次数，定义为该试样的疲劳 寿命，符号Nf 。1.低周疲劳：应力大，疲劳寿命短，f 102105，低周疲劳。2.高周疲劳：应力小，工作应力低于材料的 屈服极限，甚至低于弹性极限。 疲劳寿命长，f 105，高周疲劳；,疲劳寿命Nf,循环应力低 于弹性极限， Nf105周次安全区疲劳极限与疲劳寿命 的图示区别,循环应力超 出弹性极限，

22、Nf105周次,疲劳极限,2012-4-19,wzhuoyt,57,2012-4-19wzhuoyt 58,A,B,C,数值，裂纹停止扩展。D,max,N,疲劳强度的基本理论,次疲劳区,次疲劳区,低周疲劳区（应变疲劳）,低周疲劳区,N=104,高周疲劳区（应力疲劳）,高周疲劳区,N=106,疲劳破坏 的类型,应变疲劳（低 周周循循环环）,应力疲劳（高 周循环）,特点：应力水平高，循环次数少。材料因 应变疲劳而破坏，用许用应变值来控制,特点：应力水平低，循环次数多。材料因 应力疲劳而破坏，用许用应力值来控制,特点：应力水平低于某一,4.2.5.1低周疲劳,2012-4-19,wzhuoyt,59

23、,(P.155), 低周疲劳（低循环疲劳） 交变应力幅度大，许用应力比较高 ，工 作应力高于材料的弹性极限或高于屈服 极限。 破坏循环次数一般低于104-105的疲劳。 如气缸、压力容器、飞机起落架、燃气 轮机零件、炮筒、桥梁、建筑物等的疲 劳。,-N曲线，应变-寿命曲线,2012-4-19,wzhuoyt,60, 描述低周疲劳，用-N曲线，应变-寿命曲线 因为零件缺口处的实际应力不容易计算， 测-N不准确，而缺口处的真实应变是可以测量的， -N 容易测准确。 低周疲劳也就叫做应变疲劳了。 而在高周疲劳范围内，由于试样主要产生的 只是弹性变形，塑性变形很小，用应变也很 难测量，这时仍采用S-N

24、即 T-N曲线。,塑性应变幅p pN,描述低周疲劳 应变幅：交变应变中，最大应变与平均应变的差值。 p塑性+ e弹性= 总（总应变幅） 低周疲劳范围内，塑性应变幅p塑性 起主要作用；(压力容器、飞机起落架) 高周疲劳范围内，弹性应变幅p弹性 起主要作用。(弹簧、传动轴等的疲劳),2012-4-19,wzhuoyt,61,4.5.2.2高周疲劳,2012-4-19,wzhuoyt,62, 高周疲劳（高循环疲劳） 作用于零件、构件的应力水平较低 ，工作应 力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限。破坏 循环次数一般高于104-105的疲劳 。 描述高周疲劳，用S-N，即T-N曲线。 弹簧、传动轴等的

25、疲劳属此类。,弹簧、传动轴-备选材料,2012-4-19,wzhuoyt,63,4.2.6疲劳裂纹扩展速率,2012-4-19,wzhuoyt,64,1）疲劳裂纹扩展速率：（P.158） 疲劳裂纹在亚临界扩展范围内，每一 个应力循环下（沿垂直于拉应力方向） 裂纹扩展的距离，称为疲劳裂纹扩展 速率，以da/dN表示。a为裂纹长度，N为循环周次。,疲劳裂纹扩展速率,2）疲劳裂纹扩展速率曲线 分为、三个区。,2012-4-19,wzhuoyt,65,lg da/dN,微解理为主12 Kth,3,10 -5 -6,10 -9,lg(K),微孔聚合为主,条纹为主,对应三种破坏形式:,微解理型低速率,条纹

26、型稳定扩展,微孔聚合型高速率,2012-4-19,wzhuoyt,66,3）裂纹扩展速率公式, P.160，（4-2-27）式 裂纹长度a,循环周次N，, 描述区裂纹扩展速率，可以直接用于构件 的设计与选择。其中、n为实验测定的材 料常数，可以通过查表获得。表4-2-1 为部 分材料的、n常数。,n,2012-4-19,wzhuoyt,67,da,dN, CK,4.2.6.3剩余疲劳寿命估算（P.160）,1.采用声发射、超声无损探伤法可以测得初 始裂纹长度a0;2.裂纹尖端应力场强度因子即强度因子范围：,3.积分得到剩余疲劳寿命：Nc,0,c(KI )n,ac,da,NC,a,dN ,K Y

27、a, K Y a,2012-4-19,wzhuoyt,68,4.3疲劳的微观过程疲劳断裂机理（P.161）,4.3.2疲劳裂纹的萌生包括三个阶段：微裂纹的形成-萌生、长大、联结。 形成方式：1. 表面滑移带开裂，2. 夹杂物与基体相界 面分离或夹杂物断裂，3. 晶界或亚晶界开裂。,2012-4-19,wzhuoyt,69,疲劳裂纹的萌生,2012-4-19,wzhuoyt,70, 疲劳裂纹多起源于试件表面缺陷，如划痕、 应力集中的尖角处等。 光滑试样在交变应力反复作用下，塑性变 形滑移带在局部表面产生的挤出和挤进部 分破坏了表面的连续性，成为疲劳裂纹萌生处。,疲劳裂纹的萌生,2012-4-19

28、,wzhuoyt,71, 开始时可能萌生几条裂纹，但往往是与外部,2012-4-19,wzhuoyt,72,载荷呈45的晶面上的裂纹发展为疲劳裂纹 源-最大剪应力作用处。 当然，也会由于内部缺陷萌生裂纹。 定义：裂纹长度为0.050.10mm的初始裂纹疲劳核, 下图是轴的疲劳断口，两处标有A的部位即 第一阶段萌生的裂纹，右侧为它的放大图。,2012-4-19,wzhuoyt,73,疲劳断口观察工具与观察内容的关系:,1-10,10-10001000以上裂纹源，滑移， 条纹，微解理 夹杂，缺陷；微孔聚合,放大 倍数,观察 工具,肉眼，放大镜金相显微镜电子显微镜,观察 对象,宏观断口， 海滩条带；

29、,2012-4-19,wzhuoyt,74,4.3.3疲劳裂纹的扩展（书P.164）, 4.3.3.1 疲劳裂纹扩展的第一阶段 第一阶段时的断口，类似于解理 的形貌。没有塑性行为的痕迹， 也没有疲劳辉文，扩展深度极浅 晶粒范围。所以第一阶段 常常难以分辨。,2012-4-19,wzhuoyt,75,lg da/dN,微解理为主12 Kth,3,10 -5 -6,10 -9,lg(K),微孔聚合为主,条纹为主,对应三种破坏形式:,微解理型低速率,条纹型稳定扩展,微孔聚合型高速率,2012-4-19,wzhuoyt,76, 4.3.3.2 疲劳裂纹扩展 的第二阶段, 第二阶段特征： 平行疲劳条带，

30、 扫描电子显微镜下为： 疲劳辉文。 右图为，第二阶段形成的疲劳辉纹（扫描 电镜像）,出处：L. Engel 和 H Klingele 著An Atlas of Metal Damage,2012-4-19,wzhuoyt,77, 第二阶段，裂纹扩展方向与拉应力垂直，形 成主裂纹，扩展途径是穿晶扩展，扩展速率 较快。,3,3,lg(K),lg da/dN微孔聚合为主10 -5 -6,微解理为主12 Kth,10 -9,条纹为主,2012-4-19,wzhuoyt,78,疲劳裂纹扩展的微观机理 1976 Crooker,微孔聚合型 microvoid coalescence 高应力、韧材料,微解理

31、型microcleavage低应力、脆性材料,条纹型striation,Cr12Ni2WMoV钢疲劳断口微观照片:(金属学报,85)三种破坏形式:,条纹间距=da/dN?,2012-4-19,wzhuoyt,79,在第二阶段，穿晶扩,展。对韧性材料有韧 性疲劳条带；对脆性 材料有脆性条带。 疲劳条带-疲劳辉纹： 是略呈弯曲并相互平 行的沟槽状花样，与裂纹方向垂直。,Fatigue striations in aluminum,2012-4-19,wzhuoyt,80,疲劳条带,(a) 延性疲劳条带,(b) 脆性疲劳条带,2012-4-19,wzhuoyt,81,疲劳的特征,2012-4-19,

32、wzhuoyt,82,疲劳条带是疲劳断口的微观特征贝纹线（海滩条带、海滩花样）是疲劳 断口的宏观特征,微观、宏观疲劳特征,2012-4-19,wzhuoyt,83,疲劳实际案例,2012-4-19,wzhuoyt,84,2012-4-19wzhuoyt 85,疲劳实际案例,4.4影响疲劳的因素（自学）,2012-4-19,wzhuoyt,86,1.影响疲劳极限的因素（1）频率频率高于170周次/s时，随频率增加，疲劳极限 提高；频率在50-170周次/s时，对疲劳极限影响不大；频率低于1周次/s时，疲劳极限降低。（2）次载锻炼提高疲劳极限接近但低于疲劳极限的应力下循环一定的次数。实验发现，金属

33、低于或近于-1（旋转弯曲方法疲劳极限 ）下运转一定次数后，其疲劳极限会提高，这种现象称 为次负荷锻炼（次载锻炼）。,影响疲劳极限的因素,2012-4-19,wzhuoyt,87, （3）表面特征 表面存在缺口，疲劳极限降低； 表面粗糙度高，疲劳极限降低； 表面的微观几何形状、擦痕、记号等使疲 劳极限降低。 （4）表面强化处理提高疲劳极限,2.影响疲劳寿命的因素,2012-4-19,wzhuoyt,88,（1）基体组织 具有强度、韧性和塑性合理配合的 基体组织，减少疲劳裂纹扩展速率。（2）细化晶粒（3）次载条件,.材料延寿技术,2012-4-19,wzhuoyt,89, 1细化晶粒 随着晶粒尺寸

34、的减小，合金的 裂纹形成寿命和疲劳总寿命延长。 2减少和细化合金中的夹杂物 细化合金中 的夹杂物颗粒，可以延长疲劳寿命。 3微量合金化 向低碳钢中加铌，大幅度地 提高钢的强度和裂纹形成门槛值，大幅度地 延长裂纹形成寿命。,材料延寿技术,2012-4-19,wzhuoyt,90, 4减少高强度钢中的残余奥氏体 将高强度 马氏体纲中的残余奥氏体由12减少到5 左右. 5改善切口根部的表面状态 切削加工会引 起零件表面层的几何、物理和化学的变化。 6表面喷丸强化 是既能延长裂纹形成寿 命，又能延长裂纹扩展寿命的有效方法。,4. 疲劳实验与材料安全 寿命设计,2012-4-19,wzhuoyt,91,

35、2012-4-19,zh,w,uoyt,92,疲劳试验 断口数据,三要素：初始疲劳质量,损伤增长,结构损伤状态,经济寿命判据,经济修理期,全部细节 整体分析,一个或几个最严重细节 的典型分析,三要素： 剩余强度 损伤增长 检查周期,假定初始 裂纹a0,材料参数 Kth，KC da/dN,S-N、-N曲线,修正曲线R, Kt ,尺寸等,缺口分析,累积损伤分析,安全寿,命设计,结构或结,构群,相同的结 构细节群,使用载荷谱,综合评估,经济寿命,给 定 概,率下的,率下的ao,给定损伤 下的寿命,损伤容限设计,93,Any,2012-4-19,wzhuoyt,See you next time!,2012-4-19,wzhuoyt,94,