【大学资料】12第十二章疲劳与断裂.ppt

12.1疲劳破坏及其断口特征机械、结构等受力如何？如何运动？如何变形？破坏？如何控制设计？按静强度设计满足[]为什么还发生破坏？1967年12月15日美国西弗吉尼亚的PointPleasant桥倒塌46人死亡；疲劳断裂破坏的严重性国际民航组织(ICAO)发表的“涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出：20世纪80年代以来由金属疲劳断裂引起的机毁人亡重大事故平均每年100次。(不包括中、苏)Int.J.FatigueVol.6No.11984普及断裂的基本知识可减少损失29%(345亿/年)。有缺陷怎么办？一、什么是疲劳？1.只有在扰动应力作用下疲劳才会发生。恒幅循环应力是最简单的。设计：用SmaxSmin；直观；试验：用SmSa；便于加载；分析：用Sar；突出主要控制参量便于分类讨论。2.破坏起源于高应力、高应变局部。3.疲劳损伤的结果是形成裂纹飞机轮毂疲劳断口3)裂纹源在高应力局部或材料缺陷处。疲劳破坏与静载破坏之比较应力疲劳:Smax<sysN>104也称高周(长寿命)疲劳。r=-1(Sa=Smax)条件下得到的应力寿命S-N曲线。“无穷大”一般被定义为：钢材107次循环；焊接件2×106次循环；S-N曲线的数学表达rSm；且有：Sm=(1+r)Sa/(1-r)r的影响Sm的影响2）Sa-Sm关系r=-1的S-N曲线是基本S-N曲线。S-N曲线的数学表达rSm；且有：Sm=(1+r)Sa/(1-r)r的影响Sm的影响2）Sa-Sm关系解：1.工作循环应力幅和平均应力：Sa=(Smax-Smin)/2=360MPaSm=(Smax+Smin)/2=440MPa已知应力比r应力幅Sa若构件在某恒幅应力水平S作用下循环至破坏的寿命为N则循环至n次时的损伤定义为：D=n/Nni是在Si作用下的循环次数由载荷谱给出；Ni是在Si下循环到破坏的寿命由S-N曲线确定。A解：由S-N曲线算Ni例3已知S-N曲线为S2N=2.5×1010；设计寿命期间载荷谱如表。试估计最大可用应力水平S。变幅载荷疲劳分析的方法:再见r=-1的S-N曲线是基本S-N曲线。结构中的缺陷是引起破坏的重要原因。最严重的缺陷是裂纹。低应力断裂：在静强度足够的情况下发生的断裂。作用(、a)越大抗力(K1C)越低越可能断裂。这是进行抗断设计的基本控制方程。1）标准试件(GB4161-84)1)已知、a算K选择材料保证不发生断裂；解：1）不考虑缺陷按传统强度设计考虑。选用二种材料时的安全系数分别为：材料1：n1=ys1/=1800/1000=1.8材料2：n2=ys2/=1400/1000=1.4选用材料1将发生低应力脆性断裂；选用材料2既满足强度条件也满足抗断要求。压力容器直径大曲率小可视为承受拉伸应力的无限大中心裂纹板f=1。在发生断裂的临界状态下有：小结抗断裂设计基本认识：研究问题：含裂纹体的疲劳裂纹扩展规律疲劳裂纹扩展寿命预测方法。给定ada/dN；3)疲劳裂纹扩展速率低、中、高速率三个区域：1）基本公式da/dN用Paris公式表达时的裂纹扩展方程已知a0ac给定寿命NC估算在使用工况(r)下所允许使用的最大应力smax。解：1.边裂纹宽板K的表达式：K=1.12s(pa)1/25.估算寿命NC：将a0=0.5ac=0.068Ds=200f=1.12m=3代入(12-25)式得：NC=189500次循环例2.中心裂纹宽板受max=200MPamin=20MPa作用。KC=104MPa工作频率0.1Hz。为保证安全每1000小时进行一次无损检验。试确定检查时所能允许的最大裂纹尺寸ai。[da/dN=4×10-14(K)4m/c