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疲劳与S-N曲线

疲劳现象

在变动载荷/应力反复长期作用下,材料内部薄弱区域发生损伤积累而引起的裂纹、断裂等失效现象,称为疲劳。机械失效中,80%以上都是由于疲劳引起的。

疲劳的分类

按应力状态:拉压疲劳、弯曲疲劳、旋转疲劳、复合疲劳等。

按环境和接触情况:高温疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳等。

按应力高低和断裂寿命:高周疲劳(低应力疲劳)、低周疲劳(高应力疲劳)。

疲劳破坏与静力破坏的区别

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疲劳断裂的特点:

1.低应力延时断裂。

2.脆性断裂:是一种潜藏的突发性破坏,在静载下显示脆性或韧性断裂的材料在疲劳破坏前均不会发生明显的塑性变形,呈脆性断裂。

3.对缺陷的高度选择性:裂纹,缺口,组织缺陷(夹杂,白点,疏松等)产生应力集中。

疲劳断裂的三个阶段:

阶段一:裂纹萌生阶段:疲劳源

阶段二:稳态扩展阶段:疲劳裂纹扩展区(贝纹线)

阶段三:失稳阶段:瞬断区  

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S-N曲线定义

即应力寿命曲线,表示一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间的关系曲线。最早是由科学家维勒提出, 所以也叫维勒曲线。

S-N曲线的试验方法

1.升降法确认条件疲劳极限(中值疲劳强度)

①整个实验在3-5个应力水平下进行。

②若前一个试样不到规定循环周次就断裂(X),则后一个试样就在低一级应力水平下进行实验。若前一个试样在达到规定循环周次未断(O),则随后一个试样就在高一级应力水平下进行实验。

③照此方法,直到找到13个以上有效数据。

2.成组法得到SN曲线的有限寿命区域(斜线部分)

①选取3-5级高应力水平下的成组疲劳试验测定。

②每级应力水平测试3-5个试样的数据,计算其中值(即存活率为50%)疲劳寿命。

③将得到的3-5级中值疲劳寿命,拟合得到SN曲线的有限寿命区域。

3.将升降法测得的条件疲劳极限数据点和成组法测得的有限疲劳寿命数据点合并在一起,绘制成从有限到长寿命的完整的S-N曲线(50%存活率)。

S-N曲线常用设备

中/高速电火花线切割机床、普通车床、加工中心、600KN液伺服万能试验机(配置高温炉)、QBG-50高频疲劳试验机(配置高温炉)、MTS 50KN疲劳试验机(室温)、旋转弯曲疲劳试验机

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