§1

引言

§2S-N曲線與材料的疲勞極限§3影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素§4疲勞強(qiáng)度計(jì)算第

15

章疲勞強(qiáng)度單輝祖-工程力學(xué)1§1

引言

循環(huán)應(yīng)力

疲勞破壞及其特點(diǎn)單輝祖-工程力學(xué)2

循環(huán)應(yīng)力實(shí)例載荷

F

的大小循環(huán)變化,聯(lián)桿內(nèi)應(yīng)力隨之循環(huán)變化每個(gè)齒隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)受力，齒內(nèi)應(yīng)力循環(huán)變化單輝祖-工程力學(xué)3起落架因飛機(jī)起落而反復(fù)受載（載荷不變,軸轉(zhuǎn)動(dòng)）單輝祖-工程力學(xué)4循環(huán)應(yīng)力變化特點(diǎn)，影響材料與構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度－應(yīng)力比或循環(huán)特征對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力－所有

r

-1的循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力類型單輝祖-工程力學(xué)5

疲勞破壞及其特點(diǎn)在循環(huán)應(yīng)力作用下，材料或構(gòu)件產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂的現(xiàn)象－稱為疲勞破壞，簡(jiǎn)稱疲勞在循環(huán)應(yīng)力作用下，如果應(yīng)力足夠大，并經(jīng)歷應(yīng)力的多次循環(huán)后，構(gòu)件將產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂疲勞破壞單輝祖-工程力學(xué)6疲勞破壞特點(diǎn)鋼拉伸疲勞斷裂

破壞時(shí)應(yīng)力低于sb，甚至

ss

即使是塑性材料，也呈現(xiàn)脆性斷裂

斷口通常呈現(xiàn)光滑與粗粒狀兩個(gè)區(qū)域斷疲勞破壞過(guò)程，可理解為裂紋萌生、逐漸擴(kuò)展與最后斷裂的過(guò)程單輝祖-工程力學(xué)7§2

S-N曲線與材料的疲勞極限

疲勞試驗(yàn)

S-N曲線與材料的疲勞極限單輝祖-工程力學(xué)8

疲勞試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)采用小尺寸（6~10mm）光滑標(biāo)準(zhǔn)試樣（為一等強(qiáng)梁）軸向拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)單輝祖-工程力學(xué)9

S-N曲線與材料的疲勞極限

S-N

曲線

-

應(yīng)力

S（s

或

t）與相應(yīng)疲勞壽

命

N

的關(guān)系曲線s/MPaN鋼

疲勞壽命-在一定應(yīng)力作用下，試樣斷裂時(shí)

所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)

N單輝祖-工程力學(xué)10材料的持久極限與疲勞極限，統(tǒng)稱為疲勞極限（存在水平漸近線）（不存在水平漸近線）

持久極限

-

材料能經(jīng)受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值,并用

sr或tr表示

疲勞極限

-在S-N曲線中，與某一指定壽命N0所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，并用

表示單輝祖-工程力學(xué)11實(shí)驗(yàn)表明，鋼材的疲勞極限約為上述關(guān)系表明：

材料的疲勞極限與試樣受力形式有關(guān)；

材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)的特征有關(guān)。

疲勞極限顯著低于靜強(qiáng)度極限；單輝祖-工程力學(xué)12§3影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素

構(gòu)件外形的影響

構(gòu)件橫截面尺寸的影響

構(gòu)件表面加工質(zhì)量的影響單輝祖-工程力學(xué)13

構(gòu)件外形的影響由于截面急劇變化引起應(yīng)力局部增大現(xiàn)象－應(yīng)力集中應(yīng)力集中圓孔半徑愈小，應(yīng)力局部增大現(xiàn)象即應(yīng)力集中愈嚴(yán)重單輝祖-工程力學(xué)14構(gòu)件外形的影響試驗(yàn)表明：應(yīng)力集中對(duì)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響很大－存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限－不存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限

圓角半徑R愈小,Ks

愈大

sb

愈高,應(yīng)力集中對(duì)sr

的影響愈顯著

Ks－有效應(yīng)力集中因數(shù)原因是應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的形成與擴(kuò)展單輝祖-工程力學(xué)15盡量減小應(yīng)力集中，特別對(duì)于高強(qiáng)度材料構(gòu)件

增大圓角半徑

減小相連桿段的橫向尺寸的差別

將必要的孔與溝槽配置在低應(yīng)力區(qū)

采用凹槽與卸荷糟等改善外形影響的措施單輝祖-工程力學(xué)16

構(gòu)件橫截面尺寸的影響試驗(yàn)表明：彎、扭疲勞極限隨構(gòu)件橫截面尺寸增大而減?。瓨?biāo)準(zhǔn)試樣的疲勞極限－大尺寸試樣的疲勞極限

d愈大,sr降低愈多

sb

愈高,sr降低愈多es

－尺寸因數(shù)smax

相同時(shí),大試樣的高應(yīng)力區(qū)比小試樣的高應(yīng)力區(qū)厚,因而疲勞裂紋更易于形成并擴(kuò)展。單輝祖-工程力學(xué)17構(gòu)件表面加工質(zhì)量的影響試驗(yàn)表明，構(gòu)件表面加工質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度影響很大。表面加工質(zhì)量愈低,sr降低愈多；sb

愈高,加工質(zhì)量對(duì)sr

的影響愈大。b

－表面質(zhì)量因數(shù)

對(duì)于重要構(gòu)件,尤其存在應(yīng)力集中的部位,應(yīng)特別講究表面加工方法,愈采用高

sb

材料,愈重要

提高構(gòu)件表層材料的強(qiáng)度、改善表層應(yīng)力狀況,例如滲碳、滲氮、高頻淬火、表層滾壓與噴丸等單輝祖-工程力學(xué)18§4疲勞強(qiáng)度計(jì)算

對(duì)稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度條件

例題單輝祖-工程力學(xué)19對(duì)稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度條件構(gòu)件疲勞極限與許用應(yīng)力構(gòu)件疲勞強(qiáng)度條件（軸）（拉壓桿與梁）構(gòu)件疲勞極限：構(gòu)件疲勞許用應(yīng)力：nf－疲勞安全因數(shù)單輝祖-工程力學(xué)20

例題例題

鉻鎳合金鋼軸,承受對(duì)稱循環(huán)交變彎矩,

Mmax

=700N.m,校核疲勞強(qiáng)度。D=50mm，d=40mm,R=5mm,sb

=1200MPa,s-1=480M