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简介
这是疲劳的ppt图片，包括了疲劳强度基本概念，疲劳强度在工业中的地位，疲劳累积损伤理论，常规疲劳强度设计，疲劳试等内容，欢迎点击下载。
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机械动力强度学
疲劳裂纹形成寿命估算
组员：陈清相 陈强波 彭伟 方策 罗弼 白乐
PPT制作：彭伟 白乐
讲解：罗弼 陈强波
解答：陈清相 方策
目录
（一）：疲劳强度基本概念
(二) : 疲劳累积损伤理论
（三）：常规疲劳强度设计
（四）：疲劳试验
一 疲劳强度基本概念
1 概论：
（1）疲劳强度在工业中的地位
机械零件失效的三种形式：
a：磨损；b：腐蚀；c：断裂。
其中前两种过程慢，可以更换或者修复；而断裂则是灾难性的。受动载荷作用的机械零件和工程结构80%是由金属疲劳断裂引起的。疲劳强度校核是新产品和已有产品强度校核的主要内容。
疲劳裂纹研究的目的——
定寿：精确地估算机械结构的零构件的疲劳寿
命，保证在服役期内零构件不会发生疲劳
失效。
延寿：采用经济而有效的技术和管理措施延长
疲劳寿命
机械结构的使用寿命
1.疲劳裂纹形成寿命
由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命
由疲劳理论的方法给以确定
2.疲劳裂纹扩展寿命
宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命
计算结构裂纹扩展寿命的意义
即使循环应力水平远低于材料的疲劳极限，裂纹也可能扩展，并最终导致灾难性的破坏
（3）疲劳的分类
疲劳主要分为高周疲劳与低周疲劳，高周用应力-寿命曲线进行计算，名义应力法（应力疲劳）；低周用应变-寿命曲线进行计算，局部应力—应变法，（应变疲劳）；高周疲劳与低周疲劳的分界一般是104次。
疲劳破坏的三个阶段：
1裂纹形成—2裂纹扩展—3疲劳断裂。
1.在交变载荷作用下，在结构有缺陷部位或有应力集中部位，
2.结构形成塑性变形晶粒在晶界面之间滑移形成微裂纹裂纹扩展
3.就形成宏观裂纹裂纹继续扩展到一定时候截面强度削弱到截面
应力达到强度极限瞬断。
二 疲劳累积损伤理论
疲劳过程既可以看成是损伤趋于一个临界损伤值的累计过程，也可以看成是材料固有寿命的消耗过程。
1 Miner线性法则
Miner根据功能原理推导出了累积损伤计算公式。
设构件在m级载荷（ ， ，… ）作用。各级载荷循环次数分别为 ， ，… 。即构件经过次循环后发生破坏。
设构件破坏时吸收的净功为W，各级载荷下各构件吸收的净功分别为 ， … ，则
由于第i级载荷 单独作用下一直到构件破坏
的循环次数为 (由S-N曲线可知)，故：
w1: w = n i : N I
即：
代入上式可得：
即： ——Miner定律
Miner定律的不足之处：
（1）没有考虑载荷的加载顺序
事实上，载荷顺序对于疲劳累积损伤是有影响的，若采用二级加载实验，若进行低—高应力实验，则 >1。若进行高—低应力试验，则 <1。
低周：在低应力下材料产生低载“锻炼”效应，使裂纹形成时间推迟。先进行高应力作用则易形成裂纹，后续低应力能使裂纹扩展。
对于随机载荷下的疲劳试验结果表明，由于“加速”和“迟滞”效应相互综合。最终结果与加载顺序差异不大。
（2） 累积损伤D= ，试验数据大多数介于0.3～3.0之间，但统计结果表明D的平均值 =1.0。若将D看作为随机变量。则D服从对数正态分布。（P86～P87）
Miner法则的应用方法
三 疲劳寿命计算
1 高周疲劳计算——名义应力法
步骤：
（1）先将实例的应力—时间历程整理成载荷谱块，
计算一个谱块的疲劳累积损伤。
k——n级载荷谱中能够产生疲劳损伤的总级数
2 构件发生疲劳破坏时经历的载荷块数为：
3 构件的疲劳寿命为：
——一个谱块中的循环总数。一般
用以上方法计算的疲劳寿命一般要比实际寿命长一些，原因是认为低于疲劳极限一下的载荷不产生损伤。事实上，最近的研究表明，
低于疲劳极限以下，特别是疲劳极限附近的载荷仍能产生疲劳损伤，如欧洲钢结构设计规范。在n= ～ 时，
若按这种方法修改
k——应力大于 的载荷级数
m——应力 时的载荷级数
2 低周疲劳寿命预测
局部应力——应变法。计算裂纹形成寿命（P40～P44）
(1)循环应力——应变曲线。 关系
——循环强度系数
——循环应变硬化指数
还可以写成：
（2）Newber局部应力—应变响应
在名义应力S作用下，在结构危险部位会产生
应力，应变响应。
1961年，Newber提出了一个在弹塑性状态下通
用的公式
——理论应力集中系数
——真实应力集中系数。
——真实应变集中系数。
s ——名义应力
e ——名义应变
——缺口处真实应力（应力响应）
——缺口处真实应变（应变响应）
故：
即：
同样
实际应用中对此式进行修正
——有效应力集中系数
根据我们最新研究，在计算中将 改为 （疲劳强度影响系数）
对于应力—时间历程要用下面4式求解应力—应变响应 。
以上方程为非线性方程。一般采用牛顿迭代法比较有效。
根据s和 ， ， ，
由上图可知：
3 疲劳寿命计算
模型很多，最为常用的有：
（1）Manson—Coffin应变寿命曲线
——疲劳强度系数
——疲劳塑性系数
b——疲劳强度指数
c——疲劳塑性指数
已知 和 及常数 ， ，b， c.通过迭代法即可求解裂纹间形成寿命 。
（2）Landgraf 公式：
（3）Dowling公式
（4）Smith—Watson—Topper公式
此式是Manson—Coffin公式的一种修正公式，也是要通过迭代法求解。
（5）通用斜率法
四 疲劳试验
疲劳强度设计是建立在实验基础上的一门科学，疲劳试验分实物试验（书封皮， ，图6-5，6-6）和标准试样试验。
实物试验：与实际接近，可靠，成本高
标准试样试验：结构简单，成本低，可做成批实验。
根据不同的疲劳特征，设计的疲劳试验有：
a：高周疲劳试验（应力疲劳）—— 曲线
b：低周疲劳试验（应变疲劳）—— 曲线，6个材料参数
c：裂纹扩展寿命试验 —— 曲线
1 、高周疲劳试验， 曲线测定
（1）实验设备：
1）旋转弯曲疲劳试验机——弯曲 曲线
2）拉压疲劳试验机 —— 拉压 曲线
3）扭转疲劳试验机 —— 扭转 曲线
（2）试样：
光滑式样；缺口式样；焊接式样。
（3）试验方法：
（3）试验方法：
A：单点实验法，即每个应力水平做一个式样的试验。（P120-121，2G230-450试样疲劳试验就是采用这种方法）单点试样法的优点：成本低，周期短，易于实现。缺点：无法考虑疲劳寿命的高离散性。
单点实验法一般需要10个左右相同材料和相同尺寸的试样，其中一个用于静载试验，1-2个作为备用，其余7-8个用于疲劳试验，应力比根据实际情况确定。
试验中将应力水平分级，高应力水平间隔可以取大一些，随着应力水平的降低，间隔越来越小，由高应力到低应力逐级试验。
疲劳极限的确定：对于光滑钢试样，一般将 所对应的应力称为疲劳极限。若 试样超过未断，则称为“越出”，假设 时未到 破坏，而 下越出，若 则 ；
若 ，需要用 做实验，取
试验后有两种情况：
情况一： 作用下越出，且 ，则
情况二：作用下未达到此破坏，且，则将所有疲劳试验数据，……用最小二乘法进行拟合，可在双对数坐标下你合成直线。
B 成组实验法
在不同应力水平等级上作成组试验，可以
得到P—S—N曲线，由于应力水平越低，疲劳
寿命离散性越大，所以低应力水平试样要比高
应力水平试样多一些。
疲劳极限采用升降法确定，具体方法如下：
指定寿命 ，x表示破坏，o表示越出。
数据整理：1) 将出现第一对相反结果以前的数据舍弃，即1，2点舍去。
2） 将所有相邻出现相反结果的数据点配对，即3和4，5和6，7和8，10和11，12和13，14和15，最后将9和16配对。
3） 对7对应力求平均值，
得
2 低周疲劳试验：
低周疲劳试验主要采用拉压试验，由于受力较大，试样一般都较短，低周疲劳试验主要用来测量应变-寿命曲线。
3 裂纹扩展试验：
一般采用三点弯曲试验，
1）测量 ，三点弯曲： 有详细计算公式。
2） 曲线，先作 曲线，根据所加
载荷求得 ，由曲线斜率求得 ，即可
得到 曲线。
谢谢大家！
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