关于疲劳

1. 疲劳的定义

材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。

2. 变动载荷

指大小或方向随着时间变化的载荷，称为变动载荷。

3. 变动应力

变动载荷在单位面积上的平均值。可分为：规则周期变动应力和无规则随机变动应力

4. 循环载荷（应力）的表征

最大循环应力：σmax

最小循环应力：σmin

平均应力：σm=(σmax+σmin)/2

应力幅σa 或应力范围Δσ：Δσ=σmax-σmin，σa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2

应力比（或称循环应力特征系数）：r=σmin/σmax

5. 循环应力分类

按平均应力、应力幅、应力比的不同，循环应力分为：

• 对称循环σm=(σmax+σmin)/2=0，r=-1。属于此类的有：大多数旋转轴类零件。

• 不对称循环σm≠0。如：发动机连杆、螺栓：σa>σm>0，-1<r<0；σa> 0，σm<0，r<-1。

• 脉动循环：σm=σa>0，r=0(σmin=0) 如：齿轮的齿根、压力容器；σm=σa<0，r=∞(σmax=0) 如：轴承（压应力）

• 波动循环：σm>σa，0<r<1，σmin>0   如：发动机气缸盖、螺栓。

• 随机变动应力：应力大小、方向随机变化，无规律性。 如：汽车、飞机零件、轮船。

二

疲劳破坏的特点

在变动载荷作用下，材料薄弱区域逐渐发生损伤，损伤累积到一定程度→产生裂纹，裂纹不断扩展→失稳断裂。

特点是：从局部区域开始的损伤，不断累积，最终引起整体破坏。

• 潜藏的突发性破坏，脆性断裂（即使是塑性材料）。

  
  

• 属低应力循环延时断裂（滞后断裂）。

  
  

• 对缺陷十分敏感（可加速疲劳进程）。

三

疲劳破坏的分类

1. 按应力状态

弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳、复合疲劳。

2. 按应力大小和断裂寿命

• N>10⁵，б<бs   高周疲劳→低应力疲劳

  
  

• N=10²～10⁵，б≥бs   低周疲劳→高应力疲劳

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