|
零件材料的疲劳曲线" q7 J6 V+ E: q/ Y) q1 G
作者:佚名 文章来源:网络转载
& W! \2 c9 d& g' ?& p7 v, K2 C1、 σ-N曲线
5 i% g; ~/ }' u& P+ F
6 H q: B/ G# X 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。
) z' M3 s' X5 x2 e 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。 0 H; l6 A: }6 [# T$ e
& D; @3 X+ M/ B/ L) b; N1 _
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。
3 }8 A k0 r3 w- q2 d6 V, q) H: b3 K' f8 |) G1 d6 t* a; S
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。 1 Y& o1 y1 N, m* `1 p! I2 w
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:
`" B6 t7 ^0 b) L4 B6 \5 e3 r* B! P4 g4 g) B5 u% X0 L' Z v- G; S& w
: g% k3 W8 ]) q$ y) R
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。 0 e! F/ N: G% b" y0 V
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:
8 r$ P) v+ @7 q0 W9 X6 I& L; ~2 u% G" C& F
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)。
8 _" q6 C" l; w+ |5 [/ E$ u x" c
) G. K& Q, y2 P; w2 o- A* }3 c6 B
|
|