金属疲劳试验讲课文档课件.ppt

1、金属疲劳试验第一页，共57页。第二页，共57页。第三页，共57页。氧化 第四页，共57页。 裂纹源断裂区裂纹扩展区条纹 第五页，共57页。断裂区裂纹源裂纹扩展条纹第六页，共57页。 928保时捷齿轮第七页，共57页。曲轴断裂齿轮断裂第八页，共57页。自行车曲柄蜘蛛臂疲劳裂纹源第九页，共57页。第十页，共57页。第十一页，共57页。循环滑移裂纹形核微观裂纹扩展 宏观裂纹 扩展最终断裂裂纹萌生阶段Kt应力集中系数K应力强度因子KIC断裂韧性裂纹亚稳扩展阶段失稳扩展阶段第十二页，共57页。第十三页，共57页。循环滑移带生成和一个纯铜试样的裂纹 Sm=0，Sa=77.5MPa N=2106第十四页，共

2、57页。夹杂晶界第十五页，共57页。 疲劳微裂纹萌生后即进入裂纹扩展阶段，根据裂纹扩展方向，裂纹扩展可分为两个阶段，第一阶段时从个别侵入沟或挤出脊先行成微裂纹，然后沿最大切应力方向向内扩展，此时，如果微裂纹扩展到一些相邻的晶粒颗粒时，由于邻近晶粒的存在对滑位移的约束，扩展过程中多数微裂纹成为不扩展裂纹。只有个别微裂纹会扩展为25个晶粒范围。第二阶段是裂纹垂直与加载方向扩展，最后形成剪切唇为止。内部缺陷缺口或划伤裂纹形核滑移第十六页，共57页。载荷条件（应力状态、应力比、过、次载情况、平均应力）载荷频率环境温度环境介质表面状态及尺寸因素尺寸效应表面粗糙度缺口效应表面处理及残余内应力表面喷丸及滚轧

3、表面热处理表面化学热处理表面涂层第十七页，共57页。材料因素化学成分组织结构纤维方向内部缺陷第十八页，共57页。第十九页，共57页。1.裂纹扩展的基本形式：一一. .线弹性条件下的金属断裂韧度线弹性条件下的金属断裂韧度张开型（I型） 滑开型（II型） 撕开型（III型）第二十页，共57页。23sin2sin12cos2rKIx23sin2sin123cos2rKIy23cos2cos2sin2rKIxy应力分量：)(YXZ0Z（平面应变）（平面应力）欧文（Irwin)第二十一页，共57页。位移分量（平面应变状态）：22sin212cos21vrKEvuI2cos)1 (22sin21vrKEv

4、I23cos2cos2sin2)1(2rEKvIxy23sin22sin212cos21vKrEvIx应变分量（平面应变状态）：23sin22sin212cos21vKrEvIy式中: 泊松比 E 拉伸杨氏模量v第二十二页，共57页。002limyrIrKrKIyx20 xy式中 KI 值的大小直接影响应力场的大小，KI 可以表示应力场的强弱程度故称为应力场强度因子 当= 0aYKI第二十三页，共57页。WafaCKI* *-半无限边缘缺口试样-有限宽度的中心开裂纹试样-有限宽度的边缘缺口试样半无限宽边缘缺口试样aKI*12. 1有限宽度的中心开裂纹试样WaaWaKItanf(a/W)第二十四

5、页，共57页。 单边缺口试样 (SEN) 双边缺口试样（DEN）SEN:DEN:43221040.3768.3820.0122.1122.1*WaWaWaWaWaaKI0.5% accurate for any a/W 432382.30710.21550.10231.0122.1*WaWaWaWaaKI0.5% accurate for a/W Ps, 则PQ = Ps - 若 Pmax / PQ 1.10, 那么- 到 K(PQ)公式: 计算 KQ (条件 KIC)- 如果试样尺寸满足要求,即 则 -检查裂纹前端是否是基本对称的, 对称的则KQ = KIC (有效测试有效测试) 25.2a

6、-W B,YICKa第三十三页，共57页。第三十四页，共57页。a =maxmin2应力幅平均应力m =maxmin2+min = 0a = max / 2m =a = maxmax = - min第三十五页，共57页。二、疲劳特点1.低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂2.疲劳是脆性断裂3.疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感。4.疲劳断口上有明显的疲劳源和疲劳扩展区第三十六页，共57页。第三十七页，共57页。第三十八页，共57页。四.疲劳S-N曲线第三十九页，共57页。第四十页，共57页。11tffKKqKt 理论应力集中系数Kf 疲劳缺口系数Steel第四十一页，共57页。aYaY

7、aYKKKminmaxminmax第四十二页，共57页。 I区是疲劳裂纹的初始扩展阶段，所占扩展寿命不长。 II区是疲劳裂纹扩展的主要阶段，占据亚稳扩展的绝大部分，是决定疲劳寿命的主要组成部分。可用Paris公式： 区是疲劳扩展的最后阶段，其da/dN很大，并随nKcdNda)(第四十三页，共57页。thKaYKaYKth第四十四页，共57页。第四十五页，共57页。第四十六页，共57页。第四十七页，共57页。第四十八页，共57页。第四十九页，共57页。第五十页，共57页。第五十一页，共57页。第五十二页，共57页。第五十三页，共57页。第五十四页，共57页。第五十五页，共57页。（d）（c）（a）（b）（e）（a）拉伸试验试样；（b）疲劳裂纹扩展速率试样；（c）疲劳寿命缺口试样；（d）疲劳寿命光滑试样；（e）平面应力断裂韧性试样第五十六页，共57页。（e）（f）（a）（b）（d）（c） a）拉伸试验试样；b）压缩试验试样；c）应力腐蚀试验试样；d）断裂韧度试验试样；e）疲劳寿命光滑试样；f）疲劳寿命缺口试样第五十七页，共57页。