搜索疲勞破壞的一般規(guī)律
2016-11-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
1、疲勞的定義
材料在變動載荷和應(yīng)變的長期作用下,因累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)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。
變動應(yīng)力:變動載荷在單位面積上的平均值
分為:規(guī)則周期變動應(yīng)力和無規(guī)則隨機(jī)變動應(yīng)力
3、循環(huán)載荷(應(yīng)力)的表征
①最大循環(huán)應(yīng)力:σmax
②最小循環(huán)應(yīng)力:σmin
③平均應(yīng)力: σm=(σmax +σmin)/2
④應(yīng)力幅σa或應(yīng)力范圍Δσ:Δσ=σmax-σmin σa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2
⑤應(yīng)力比(或稱循環(huán)應(yīng)力特征系數(shù)): r= σmin/σmax
4、循環(huán)應(yīng)力分類
按平均應(yīng)力、應(yīng)力幅、應(yīng)力比的不同,循環(huán)應(yīng)力分為
① 對稱循環(huán)σm=(σmax + σmin)/2=0 r=-1
屬于此類的有:大多數(shù)旋轉(zhuǎn)軸類零件。
② 不對稱循環(huán)
σm≠0
如:發(fā)動機(jī)連桿、螺栓
(a)σa> σm>0,-1<r<0
(b)σa> 0,σm<0,r<-1
③ 脈動循環(huán)
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(yīng)力)
④ 波動循環(huán)
σm> σa 0<r<1 σmin>0 如:發(fā)動機(jī)氣缸蓋、螺栓。
⑤ 隨機(jī)變動應(yīng)力
應(yīng)力大小、方向隨機(jī)變化,無規(guī)律性。 如:汽車、飛機(jī)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(qū)域,逐漸發(fā)生損傷,損傷累積到一定程度→產(chǎn)生裂紋,裂紋不斷擴(kuò)展→失穩(wěn)斷裂。
特點:從局部區(qū)域開始的損傷,不斷累積,最終引起整體破壞。
1、潛藏的突發(fā)性破壞,脆性斷裂(即使是塑性材料)。
2、屬低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂(滯后斷裂)。
3、對缺陷十分敏感(可加速疲勞進(jìn)程)。
三、疲勞破壞的分類
1、按應(yīng)力狀態(tài): 彎曲疲勞
扭轉(zhuǎn)疲勞
拉壓疲勞
接觸疲勞
復(fù)合疲勞
2、按應(yīng)力大小和斷裂壽命
N>105,б<бs 高周疲勞→低應(yīng)力疲勞
N=102~105,б≥бs 低周疲勞→高應(yīng)力疲勞
四、疲勞破壞的表征—疲勞壽命
疲勞壽命:材料疲勞失效前的工作時間,即循環(huán)次數(shù)N。
疲勞曲線: 應(yīng)力б↑,N↓
五、疲勞斷口的宏觀特征
典型疲勞斷口具有3個特征區(qū):疲勞源 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 瞬斷區(qū)
1、疲勞源
疲勞裂紋萌生區(qū),多出現(xiàn)在零件表面,與 加工刀痕、缺口、裂紋、蝕坑等相連。
特征:光亮,因為疲勞源區(qū)裂紋表面受反復(fù)擠壓、摩擦次數(shù)多。
疲勞源可以是一個,也可以有多個。如:單向彎曲,只有一個疲勞源;雙向彎曲,可出現(xiàn)兩個疲勞源。
2、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)(亞臨界擴(kuò)展區(qū))
特征:斷口較光滑并分布有貝紋線或裂紋擴(kuò)展臺階。
貝紋線是疲勞區(qū)最典型的特征,是一簇以疲勞源為圓心的平行弧線,凹側(cè)指向疲勞源,凸側(cè)指向裂紋擴(kuò)展方向,近疲勞源區(qū)貝紋線較細(xì)密(裂紋擴(kuò)展較慢),遠(yuǎn)疲勞源區(qū)貝紋線較稀疏、粗糙(裂紋擴(kuò)展較快)。
貝紋線(海灘花樣)
貝紋線區(qū)的大小取決于過載程度及材料的韌性,高名義應(yīng)力或材料韌性較差時,貝紋線區(qū)不明顯;反之,低名義應(yīng)力或高韌性材料,貝紋線粗且明顯,范圍大。
名義載荷
根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出作用在零件上的載荷。即機(jī)器平穩(wěn)工作條件下作用于零件上的載荷。
計算載荷=載荷系數(shù)*名義載荷
3、瞬斷區(qū)
裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域
斷口特征:
斷口粗糙,脆性材料斷口呈結(jié)晶狀;韌性材料斷口在心部平面應(yīng)變區(qū)呈放射狀或人字紋狀;表面平面應(yīng)力區(qū)則有剪切唇區(qū)存在。
瞬斷區(qū)一般在疲勞源對側(cè)
瞬斷區(qū)大小與名義應(yīng)力、材料性質(zhì)有關(guān)
高名義應(yīng)力或脆性材料,瞬斷區(qū)大;反之,瞬斷區(qū)小。
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