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(dòng)載荷和應(yīng)變的長(zhǎng)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(dòng)載荷,。

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變動(dòng)應(yīng)力

變動(dòng)載荷在單位面積上的平均值�,？煞譃椋阂�(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)力和無(wú)規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)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(duì)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(duì)稱循環(huán)σm≠0,。如：發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、螺栓：σa>σm>0,，-1<r<0,；σa>]脈動(dòng)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(dòng)循環(huán)：σm>σa,，0<r<1,，σmin>0]隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力：應(yīng)力大小、方向隨機(jī)變化,，無(wú)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(dòng)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(duì)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：?jiǎn)蜗驈澢�，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(tái)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(guò)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(duì)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,。

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