第二讲应力疲劳

1 第二讲 应力疲劳 上节回顾 疲劳问题的特点 足够多次循环扰动荷载作用、疲劳是一个发展过程、疲劳破坏的三个阶段、断口特征、局部化 循环应力应变特性 循环硬化和循环软化 应力控制下的循环蠕变和应变控制下的循环松驰 Bauschinger 效应 稳态循环应力应变曲线及数学描述 材料的记忆特性 疲劳问题分类 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 2 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。 典型 S-N 曲线可分为 三段：低周疲劳区（LCF）， 高周疲劳区（HCF）和亚 疲劳区（SF）。 由 S-N 曲线确定的对 应于寿命N 的应力称为寿 命为 N 次循环的疲劳强度SN。N = 1/4 对应材料的静拉伸强度Sb，N = 106~7 对应的疲劳强度为疲劳极限 Sf。特别地，R = -1 的疲劳极限记为 S1。 在 HCF 区，S-N 曲线在对数坐标系上近似为直线。 104 106~7 Sb Sf LCF HCF SF Smax N SN 3 S-N 曲线的数学表达 1）指数函数式 CNe S  α 和C 为材料常数。两边取对数有 BSANlg A = lgC 和B = -αlge 为材料常数。指数函数的S-N 关系在半对数坐标系上为直线。 2）幂函数式（最常用的形式） CNS 两边取对数有：SBANlglg 幂函数的S-N 关系在对数坐标系上为直线。 3）Weibu ll 公式 CSSNfa)( α 和C 为材料常数，Saf为理论应力疲劳极限幅值。Weibu ll 公式包含疲劳极限，即 S 趋于 Saf时 N 趋于无穷大。 4）三参数公式  NCSSf 1 α 和C 为材料常数，Sf为应力疲劳极限。 3．平均应力的影响 反映材料疲劳性能的S-N 曲线是在给定应力比下得出的，平均应力 4 amSRRS 11 在给定应力幅下应力比R 增加，则...