疲劳试验PPT文档格式.ppt
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不对称循环应力。
二、疲劳分类及特点1、分类
(1)按试样的加载方式分为:
弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、复合疲劳等。
(2)按试验环境可分为:
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)按机件所受应力的大小和加载频率的高低可分为:
高周疲劳高周疲劳(Nf105周次),因断裂应力低(ss),所以也叫低应力疲劳低应力疲劳;
低周疲劳低周疲劳(Nf102105周次),由于断裂应力水平高,ss,往往伴有塑性变形,故称为高应力疲劳(或高应力疲劳(或应变疲劳)应变疲劳)。
2、特点
(1)断裂应力bb,甚至-1p-1一、疲劳极限的测定一、疲劳极限的测定第一步第一步采用升降法测定条件疲劳极限,采用升降法测定条件疲劳极限,第二步第二步用成组法测定用成组法测定一一N曲线有限寿命段上各点曲线有限寿命段上各点的数据,的数据,第三步第三步绘制绘制一一N曲线。
曲线。
三、疲劳极限与静强度之间的关系三、疲劳极限与静强度之间的关系钢:
钢:
-1p-1p=0.23=0.23(ss+bb)-1-1=0.27=0.27(ss+bb)铸铁:
铸铁:
-1p-1p=0.4=0.4bb-1-1=0.45=0.45bb铝合金:
铝合金:
-1p-1p=bb/6+7.5(MPa)/6+7.5(MPa)-1p-1p=bb/6-7.5(MPa)/6-7.5(MPa)第三节第三节疲劳破坏机理疲劳破坏机理(疲劳过程:
裂纹萌生、亚稳扩展、失稳扩展、断裂。
)一、裂纹萌生及机理常将0.050.1mm的裂纹定为疲劳裂纹核。
引起裂纹萌生的原因:
应力集中、不均匀塑性形变。
方式为:
表面滑移带开裂;
晶界或其他界面开裂。
1、滑移带开裂
(1)驻留滑移带在交变载荷作用下,永留或能再现的循环滑移带,称为驻留滑移带。
通过位错的交滑移,使驻留滑移带加宽。
(2)挤出峰和挤入槽滑移带在表面加宽过程中,还会向前或向后移动,形成挤出峰和挤入槽。
循环过程中,峰、槽不断增加,增高(或变深)。
(柯垂耳-赫尔模型)。
孪晶处也易出现挤出峰和挤入槽。
2、晶界处开裂晶界就是面缺陷;
位错运动易发生塞积,出现应力集中,晶界开裂。
3、相界面开裂两相(包括第二相、夹杂)间的结合力差,各相的形变速率不同,易在相结合处或弱相内出现开裂。
只有首先达到临界尺寸的裂纹核,才能继续长大。
二、疲劳裂纹扩展过程及机理1、裂纹扩展的两个阶段第一阶段沿主滑移系,以纯剪切方式向内扩展;
扩展速率仅0.1nm数量级。
第二阶段II区。
晶界的阻碍作用,使扩展方向逐渐垂直于主应力方向;
扩展速率m级;
可以穿晶扩展。
形成疲劳条纹(疲劳辉纹)(见书上图4-22)。
一条辉纹就是一次循环的结果。
2、疲劳裂纹扩展模型
(1)Laird塑性钝化模型裂纹不再扩展的过程,称为“塑性钝化”该模型对韧性材料的疲劳扩展很有用。
材料的强度越低,裂纹扩展越快,条带越宽
(2)再生核模型疲劳裂纹的扩展是断续的。
主裂纹前方是弹塑性交界点(三向拉应力区)可形成新裂纹核。
主裂纹和裂纹核之间发生相向长大、桥接,使主裂纹向前扩展。
强度高的材料,可形成解理裂纹。
返回返回三、疲劳宏观断口的特征断口拥有三个形貌不同的区域:
疲劳源、疲劳区、瞬断区。
随材质、应力状态的不同,三个区的大小和位置不同。
(P107图5-24)1、疲劳源裂纹的萌生地;
裂纹处在亚稳扩展过程中。
由于应力交变,断面摩擦而光亮。
加工硬化。
随应力状态及其大小的不同,可有一个或几个疲劳源。
2、疲劳区(贝纹区)断面比较光滑,并分布有贝纹线。
循环应力低,材料韧性好,疲劳区大,贝纹线细、明显。
3、瞬断区一般在疲劳源的对侧。
脆性材料为结晶状断口;
韧性材料有放射状纹理;
边缘为剪切唇。
返回返回第四节低周疲劳与热疲劳疲劳寿命为102-105次的疲劳断裂,称为低周疲劳。
一、低周疲劳的特点1、局部产生宏观变形,应力与应变之间呈非线性。
总应变t=e+p2、裂纹成核期短,有多个裂纹源。
3、断口呈韧窝状、轮胎花样状。
4、疲劳寿命取决于塑性应变幅。
二、金属的循环硬化与循环软化1、定义与特点恒应变幅(塑性应变幅或总应变幅)循环加载过程中,材料的形变抗力不断增加,则称为循环硬化;
反之为循环软化。
应力应变滞后回线,只有在应力循环达到一定周期后,才是闭合的,即:
达到循环稳定态。
循环应力应变曲线高于单次应力应变曲线,则是循环硬化,反之为循环软化。
2、循环软化的危害使材料的形变抗力下降,导致工件产生过量的塑性变形而失效。
3、原因决定于材料的初始状态,工件结构特性;
应变幅,温度等。
b/s1.4循环硬化b/s1.2循环软化微观原因:
位错的循环运动;
相变强化;
应力松驰。
三、低周疲劳的应变寿命曲线低周疲劳的N曲线,数据离散。
1、总应变幅tN曲线e/22Nf,p/22Nf,t/22Nf,两不同斜率的曲线叠放,必然会出现一个交点。
提高强度,交点左移;
提高塑性,交点右移。
2、N关系式曼森公式断裂真实伸长率曼森柯芬关系式pNfz=CZ、C材料常数Z=0.20.7;
C0.5ef1.0ef用上述关系式可估算材料的低周疲劳寿命。
返回返回四、热疲劳1、基本概念在循环热应力和热应变作用下,产生的疲劳称为热疲劳。
热疲劳属低周疲劳(周期短;
明显塑性变形)。
由温度和机械应力叠加引起的疲劳,称为热机械疲劳。
2、热应力的产生外部约束不让材料自由膨胀;
内部约束温度梯度,相互约束,产生热应力。
热应变导致裂纹的萌生,扩展。
3、衡量标准一定温度幅,产生一定尺寸疲劳裂纹的循环次数。
4、提高热疲劳寿命的途径材料减小热膨胀系数,提高,均匀性,高温强度。
工件状况减小应力集中。
使用减小热冲击。