關于疲勞

1. 疲勞的定義

材料在變動載荷和應變的長期作用下，因累積損傷而引起的斷裂現象，稱為疲勞。

2. 變動載荷

指大小或方向隨著時間變化的載荷，稱為變動載荷。

3. 變動應力

變動載荷在單位面積上的平均值。可分為：規則周期變動應力和無規則隨機變動應力

4. 循環載荷（應力）的表征

最大循環應力：σmax

最小循環應力：σmin

平均應力：σm=(σmax+σmin)/2

應力幅σa或應力范圍Δσ：Δσ=σmax-σmin，σa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2

應力比（或稱循環應力特征系數）：r=σmin/σmax

5.循環應力分類

按平均應力、應力幅、應力比的不同，循環應力分為：

對稱循環σm=(σmax+σmin)/2=0，r=-1。屬于此類的有：大多數旋轉軸類零件。

不對稱循環σm≠0。如：發動機連桿、螺栓：σa>σm>0，-1 0，σm<0，r<-1。

脈動循環：σm=σa>0，r=0(σmin=0) 如：齒輪的齒根、壓力容器；σm=σa<0，r=∞(σmax=0) 如：軸承（壓應力）

波動循環：σm>σa，00 如：發動機氣缸蓋、螺栓。

隨機變動應力：應力大小、方向隨機變化，無規律性。如：汽車、飛機零件、輪船。

二

疲勞破壞的特點

在變動載荷作用下，材料薄弱區域逐漸發生損傷，損傷累積到一定程度→產生裂紋，裂紋不斷擴展→失穩斷裂。

特點是：從局部區域開始的損傷，不斷累積，最終引起整體破壞。

潛藏的突發性破壞，脆性斷裂（即使是塑性材料）。

屬低應力循環延時斷裂（滯后斷裂）。

對缺陷十分敏感（可加速疲勞進程）。

三

疲勞破壞的分類

1. 按應力狀態

彎曲疲勞、扭轉疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞、復合疲勞。

2. 按應力大小和斷裂壽命

N>105，б<бs ? 高周疲勞→低應力疲勞

N=102～105，б≥бs 低周疲勞→高應力疲勞