疲劳强度

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零件材料的疲劳曲线
作者：佚名 文章来源：网络转载
1、 σ-N曲线
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    在材料的标准试件上加上循环特性为r的稳定循环变应力（通常为r=-1的对称循环变应力或者r=0的脉动循环变应力），并以循环的最大应力σmax表征材料的疲劳极限，通过试验，记录出在不同最大应力下引起试件疲劳破坏所经历的应力循环次数N，即可得到疲劳曲线，通称σ-N曲线。
# F* }$ @" l3 n" H+ Z' H) q0 {    静应力强度（AB段）：应力循环次数N≤1000以前，使材料试件发生破坏的最大应力值基本不随N而变，这时的变应力强度可看作是静应力强度的状况。

    低周疲劳（BC段）：随着循环次数的增加，使材料发生疲劳破坏的最大应力不断下降。观察试件在这一阶段的破坏断口，可见到材料已发生塑性变形的特征。C点相应的循环次数大约在10000左右。这一阶段的疲劳现象称为应变疲劳。由于应力循环次数相对很小，所以也叫做低周疲劳。有些机械零件，例如一次性使用的火箭发动机的某些零件、导弹壳体等，在整个使用寿命期间应力变化次数只有几百到几千次，故其疲劳属于低周疲劳。但对绝大多数通用零件来说，当其承受变应力作用时，其应力循环次数总是大于10000的。所以本课程不讨论低周疲劳问题。

  k: b% u% l" d5 R' |( {- ?    高周疲劳（CD段）：CD段代表有限寿命疲劳破坏。在此范围内，试件经过相应次数的变应力作用后总会发生疲劳破坏。在D点以后，如果σmax＜σD 时,则无论应力变化多少次,材料都不会破坏。故D点以后的水平线代表了试件无限寿命疲劳阶段。这两段曲线所代表的疲劳统称高周疲劳。大多数通用机械零件及专用零件的失效都是由高周疲劳引起的。CD上任何一点所代表的材料的疲劳极限，均称为有限寿命疲劳极限，用符号σrN表示。脚标r代表该变应力的循环特性，N代表达到疲劳破坏时所经历的应力循环次数。D点所代表的是材料的无限寿命疲劳极限，也称为持久疲劳极限，用符号σr∞或σr表示。
    2、有限寿命疲劳曲线方程    有限寿命疲劳曲线的CD段可用公式描述：


    对上式两边取对数，则得双对数坐标上的疲劳曲线，如下图所示。
) H1 x* r. A  Z0 ^6 g    无限寿命疲劳曲线在D点以后，是一条水平线，它的方程为：。在双对数坐标上有限寿命疲劳曲线CD是一条直线。由于ND有时很大（或更大），所以人们在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0，称为循环基数，将与N0相对应的疲劳极限称为该材料的疲劳极限σrN0，简写为σr。当ND不大时，N0=ND，而当ND很大时，N0〈ND，于是疲劳曲线的CD段可改为：，由此便得到了根据σr及N0来求有限寿命区间内任意循环次数N（Nc〈N〈ND）时的疲劳极限σrN的表达式为：

    式中：KN称为寿命系数，它等于σrN与σr之比值；          m为材料常数，其值由试验来决定：    对于钢材，在弯曲疲劳和拉压疲劳时，m=6～20，；    在初步计算中，钢制零件受弯曲疲劳时，中等尺寸零件取m=9，；    大尺寸零件取m=9，。    当Ｎ大于疲劳曲线转折点Ｄ所对应的循环次数ＮD时，Ｎ就取为ＮD而不再增加（亦即)。
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