初试专业课别人整西工大课件.pdf

在特定外界条件下工作的构件，虽然所受应力低于材料

屈服强度，但服役一定时间后，也可能发生突然脆断。这种

与时间有关的低应力脆断称为延滞断裂。

外界条件可以是应力，如交变应力；也可以是环境介质，

如腐蚀介质、氢气氛或热作用等。

由交变应力引起的延滞断裂，就是疲劳断裂；

而在静载荷与环境联合作用下引起的延滞断裂，叫做静

载延迟断裂，或称静疲劳；

疲劳与断裂是材料、构件和机械最常见的失效方式，约

占构件全部失效的50％~90％。

1.疲劳

2.低温断裂与疲劳

3.高温蠕变与疲劳

4.环境断裂——氢脆

12.1疲劳

一、疲劳概念

1、疲劳

2、疲劳失效的特点

二、疲劳裂纹扩展的模型

1、疲劳失效过程

2、几种模型

3、疲劳裂纹扩展的力学行为与特征

一、疲劳概念

1、疲劳

材料或构件在交变应力(应变)作用下发生的破坏称为疲

劳破坏或疲劳失效。

影响构件疲劳行为的因素很多，可以分为四类：材料、

外载荷、环境条件和构件的形状和尺寸。

按外载荷的大小，疲劳可分为疲劳和低周疲劳。

45

对于金属材料，通常把疲劳失效N＞10~10的疲劳称

f

为疲劳，反之称为低周疲劳；

若每个周期内的载荷参量不随时间而变化，称为恒幅疲劳，否则则

为变幅疲劳；

由变动的外载荷与腐蚀介质共同作用的疲劳为腐蚀疲劳；

温度高于再结晶温度或高于(0.5~0.6)Tm时的疲劳，属于高温疲劳，

Tm为金属的；

由于温度的变化形成的变动热应力引起的疲劳，称为热疲劳；

低温影响材料的疲劳行为，还没有关于低温疲劳的确切定义；

2

应变速率大于10/s的疲劳问题属于冲击疲劳。

2、疲劳失效的特点

(1)疲劳断裂表现为低应力下的破坏断裂

疲劳失效在远低于材料的静载极限强度甚至远低于材

料屈服强度下发生。

(2)疲劳破坏宏观上无塑性变形

与静载荷作用下材料的破坏相比，具有更大的性。

(3)疲劳是与时间有关的一种失效方式，具有多阶段性

疲劳失效过程是累积损伤的过程。由交变应力(应变)作用

引起的损伤是随着载荷次数逐次增加的，如图12.3所示:

图12.3碳钢的疲劳积累损伤曲线

(4)与单向静载断裂相比，疲劳失效对材料的微观组

织和更加敏感

这是因为疲劳有极大的选择性，几乎总是在构

件材料表面的处发生。

(5)疲劳失效受载荷历程的影响

过载损伤会导致疲劳强度的下降(如图12.3所示)

图12.4为钢的拉伸

应力应变曲线，加载到

A点卸载再重新加载，

其抗拉强度与末卸载

b

的相同，即未受到载荷

史的影响。

图12.4工程应力应变曲线

一定的过载也可能

延缓疲劳裂纹的扩展，

延长疲劳，如图

12.5所示。

图12.5过载引起疲劳裂纹扩

展延滞效应

二、疲劳裂纹扩展的模型

1、疲劳失效过程

疲劳裂纹的扩展