|
1、低周疲劳 研究飞机、舰船、桥梁、原子反应堆装置及建筑设备的断裂时发现：在较高应力和较少循环次数下也会发生疲劳断裂。 材料在循环载荷作用下，疲劳寿命为102~105次的疲劳断裂称为低周疲劳。 机件受循环应力作用，缺口根部则受循环塑性应变作用，疲劳裂纹总在缺口根部形成，所以这种疲劳也称塑性疲劳或应变疲劳。 2、低周疲劳的特点 (1) 低周疲劳时，因局部区域产生宏观塑性变形，故循环应力与应变之间不再呈直线关系，形成滞后回线。 开始加载时，曲线沿OAB进行，卸载时沿BC进行； 反向加载时沿CD进行，从D点卸载时沿DE进行，再次拉伸时沿EB进行； 如此循环经过一定周次（通常不超过100周次）后，就达到了图中所示的稳定状态滞后回线。 (2) 低周疲劳试验时，控制总应变范围或者塑性应变范围，在给定的 或 下测定疲劳寿命。 (3) 低周疲劳破坏有几个裂纹源，这是由于应力比较大，裂纹容易形核，形核期较短，只占总寿命的10%。 微观断口的疲劳条带较粗，间距也宽一些，常常不连续。 (4) 低周疲劳寿命取决于塑性应变幅，而高周疲劳寿命则决定于应力幅或应力场强度因子范围，但两者都是循环塑性变形累积损伤的结果。 3、低周疲劳的金属循环硬化与循环软化 定义：如果金属材料在恒定应变范围循环作用下，随着循环周次的增加，其应力（形变抗力）不断增加，称为循环硬化;如果在循环过程中，应力逐渐减小，则为循环软化。 不论是产生循环硬化还是循环软化的材料，它们的应力-应变滞后回线只有在应力循环周次达到一定周次才闭合，此时即达到循环稳定状态。 4、低周疲劳的应变-寿命曲线 曼森（S. S. Manson）和柯芬（L. F. Coffin）分析了低周疲劳的实验结果和规律，提出了低周疲劳寿命的公式： 两条直线斜率不同，故存在一个交点，交点对应的寿命称为过渡寿命(2Nf)t； 在交点左侧的低周疲劳范围内，塑性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由塑性控制； 在交点右侧的高周疲劳范围内，弹性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由强度决定。 所以选择机件材料和决定工艺时，要区分机件的服役条件是哪一类疲劳，如属高周疲劳，应主要考虑材料强度，如属低周疲劳，则应在保持一定强度基础上尽量选用塑性好的材料。 为了应用更方便，曼森研究发现总应变幅 与疲劳断裂寿命2Nf间存在下列关系： 因此，只要知道材料的静拉伸性能σb、E、断裂真应变ef（或断面收缩率 ），就可求出材料光滑试样完全对称循环下的低周疲劳寿命曲线。 这种预测低周疲劳寿命的方法，称为斜率法。 5、冲击疲劳 冲击疲劳是机件在重复冲击载荷作用下的疲劳断裂。 试验表明：当试样于破坏前承受的冲击次数较少时，500-1000次，试样断裂的原因与一次冲击相同，当冲击次数N>105次时，破坏后具有典型的疲劳断口，属于疲劳断裂，为冲击疲劳。 试验表明冲击疲劳曲线与一般疲劳曲线相似，可以由冲击疲劳曲线确定冲击疲劳极限。 材料的冲击疲劳抗力除可用冲击疲劳极限表示外，也可用一定冲击能量下的冲断周次N或用要求的冲断次数时的冲断能量来表示。 直接用冲击能量表示材料的冲击疲劳抗力简便易行，故应用较广。 金属的冲击疲劳是一个取决于强度和塑性的综合力学性能指标，具有如下特点： (1) 与低周疲劳相似，在冲击能量高时，材料的冲击疲劳抗力主要取决于塑性，冲击能量低时，冲击疲劳强度主要取决于强度。 (2) 淬火回火钢的冲击疲劳抗力随着回火温度的不同不是单调变化的，而是在某一温度下有一个峰值，该峰值随着冲击能量增加向高温方向移动。 (3) 高强度钢、超高强度钢的塑性和冲击韧度对提高冲击疲劳抗力有较大的影响； 中、低强度钢的塑性和冲击韧度对提高冲击疲劳抗力作用不大。 6、热疲劳 定义：机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及热应变作用下发生的疲劳，称为热疲劳。 若温度循环和机械应力循环叠加所引起的疲劳，称为热机械疲劳。 产生热应力必须有两个条件：温度变化和机械约束。 约束可以来自于外部，也可以来自于材料内部。 内部约束：是指机件截面内存在温度差，一部分材料约束另一部分材料，使之不能自由膨胀，于是也产生热应力。 温度差△t引起的膨胀热应变为 ，如果该应变完全被约束，则产生热应力 热疲劳和热机械疲劳破坏也是塑性应变累积损伤的结果，基本上服从低周应变疲劳规律。 脆性材料的热疲劳危险性较大。 |
|
|
