疲勞破壞的規(guī)律、特點(diǎn)及疲勞斷口的宏觀特征

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一,、關(guān)于疲勞

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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。

[p=21,]指大小或方向隨著時(shí)間變化的載荷,，稱為變動載荷。

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變動應(yīng)力

變動載荷在單位面積上的平均值,�,？煞譃椋阂�(guī)則周期變動應(yīng)力和無規(guī)則隨機(jī)變動應(yīng)力

[p=21,]最大循環(huán)應(yīng)力：σmax

最小循環(huán)應(yīng)力：σmin

<span]平均應(yīng)力：σm=(σmax+σmin)/2

應(yīng)力幅σa]應(yīng)力比（或稱循環(huán)應(yīng)力特征系數(shù)）：r=σmin/σmax

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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：

<span]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,。

不對稱循環(huán)σm≠0。如：發(fā)動機(jī)連桿,、螺栓：σa>σm>0,，-1<r<0；σa>]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）

波動循環(huán)：σm>σa，0<r<1,，σmin>0]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(diǎn)

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。

<span]特點(diǎn)是：從局部區(qū)域開始的損傷,，不斷累積,，最終引起整體破壞。

潛藏的突發(fā)性破壞,，脆性斷裂（即使是塑性材料）,。

<span]屬低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂（滯后斷裂）,。

對缺陷十分敏感（可加速疲勞進(jìn)程）。

<span]

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。

[p=18,]N>105,，б<бs   高周疲勞→低應(yīng)力疲勞

N=102～105,，б≥бs]材料疲勞失效前的工作時(shí)間，即循環(huán)次數(shù)N,。

五,、疲勞斷口的宏觀特征

典型疲勞斷口具有3個(gè)特征區(qū)：疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū),、瞬斷區(qū),。

[p=22,]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?yàn)槠�勞源區(qū)裂紋表面受反復(fù)擠壓,、摩擦次數(shù)多,。

<span]疲勞源可以是一個(gè)，也可以有多個(gè),。如：單向彎曲,，只有一個(gè)疲勞源；雙向彎曲,，可出現(xiàn)兩個(gè)疲勞源,。

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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。

<span]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(shí),，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,。

<span]名義載荷,，根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計(jì)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(jì)算載荷=載荷系數(shù)*名義載荷

[p=22,]裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域的斷口特征：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)，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。