疲劳基本理论
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静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏;疲劳破坏是多次反复载荷作用下产生的破坏,它不是短期内发生的。
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当静应力小于屈服极限或强度极限时,不会发生静力破坏;而交变应力在远小于静强度极限,甚至小于屈服极限的情况下,疲劳破坏就可能发生。
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静力破坏通常有明显的塑性变形产生;疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象,即便是塑性良好的金属也这样,就象脆性破坏一样,事先不易觉察出来,这表明疲劳破坏具有更大的危险性。
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在静力破坏的断口上,通常只呈现粗粒状或纤维状特征;而在疲劳破坏的断口上,总是呈现两个区域特征,一部分是平滑的,另一部分是粗粒状或纤维状。因为疲劳破坏时,首先在某一点产生微小的裂纹,其起点叫“疲劳源”,裂纹从疲劳源开始,逐渐向四周扩展。由于反复变形,裂开的两个面时而挤紧,时而松开,这样反复摩擦,形成一个平滑区域。在交变载荷继续作用下,裂纹逐渐扩展,承载面积逐渐减少,当减少到材料或构件的静强度不足时,就会在某一载荷作用下突然断裂,其断裂面呈粗粒状或纤维状。
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静力破坏的抗力主要取决于材料本身;而疲劳破坏的抗力与材料的组成、构件的形状或尺寸、表面状况、使用条件以及外界环境都有关系。






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使常数幅值的耐久曲线用于分析复杂的载荷历程;
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从光滑试件测得的耐久曲线用于不同形状的零件上;
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从一种材料测得的耐久曲线用于计算另一种材料的疲劳寿命,并且如果可能的话,不用进行疲劳试验就可估算材料的疲劳特性。



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如果载荷只是由前页较大幅值Pa1 组成,可从耐久曲线图(a) 中得到,当循环次数n1 等于破坏时的循环次数N1时,零件发生破坏。显然,此时n1/N1=1。同理,如果载荷只是由前页较小幅值Pa2 组成,由图(b)有,破坏时n2/N2=1。
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要计算组合载荷作用下的寿命。假设各种幅值的载荷单独作用,则当n/N=1时发生破坏。
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对于两种载荷组合,则当n1/N1+n2/N2=1 时,零件发生破坏。
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对于更加复杂的载荷,其中有多种不同的幅值,发生疲劳破坏的条件为:


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10 cycles of a load amplitude 100 kN
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2000 cycles of a load amplitude 10 kN



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表面质量:打磨、车加工、轧制 、铸造、锻压。
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表面处理:电镀或包层。
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由于装配过程或喷丸硬化、滚压等特殊处理引入的残余应力。
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运用环境:腐蚀性气体、盐水腐蚀和使用温度。
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接触面间的微振磨损。

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真实的局部应力幅和耐久性之间的关系:

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真实的局部应变幅和耐久性之间的关系:

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Smith-Watson-Topper 平均应力修正:

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Morrow’s平均应力修正:

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不进行平均应力修正:

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应力范围 Smax-Smin
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应力幅 (Smax-Smin)/2
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平均应力 (Smax+Smin)/2


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