什么叫金属的疲劳?疲劳强度用什么符号表示?为什么疲劳断裂对机械整机危害较大 (什么叫金属的电化学腐蚀)

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什么叫金属的疲劳?疲劳强度用什么符号表示?为什么疲劳断裂对机械整机危害较大

疲劳是金属资料在交变应力作用下，即使应力远低于其屈服点，也或者在经过必定周期后出现裂纹甚至突然断裂的现象。

这种现象称为金属的疲劳。

疲劳强度的符号理论用σ-1表示。

疲劳断裂对机械整机的危害极大，由于它往往出当初无显著预兆的状况下，造成整机的突然失效。

疲劳破坏

一、交变应力

交变应力也称疲劳应力，是指随期间作周期性变动的应力。如图6-1所示，其中各种符号的含意如下：

图6-1 交变应力各参数示用意

σ：最大应力；σ：最小应力；σ：平均应力；σ：应力幅。

各参数相关如下：

岩石断裂与挫伤

定义：R=σ/σ为应力比（也称循环个性）。当R=-1时，称对称循环；当R=0时，称脉冲循环；当R=1时，为静载荷。

二、疲劳强度设计方法

传统的设计方法，最早期是有限寿命设计，需要构件在有限长的经常使用期内不出现破坏。

这种设计是依照疲劳强度条件设计的。

起初对某些构件驳回“安保寿命”设计，即需要在必定的经常使用范畴内，不出现疲劳裂纹。

这种设计起初成为评估资料疲劳强度的传统方法，即在必定的外加交变载荷下，测定无裂纹润滑试件的断裂循环次数，由下式启动设计：

岩石断裂与挫伤

σ为资料的疲劳极限或耐久极限。在对称循环下用小尺寸润滑试件在公用疲劳实验机上测得，是指试件经过有数次（普通大于10次）应力循环而不出现破坏的最大应力值。它与构件的尺寸、外表加工品质、应力集中水平无关。n为大于1的安保系数。

传统的疲劳设计没有思考物体或整机在加工经常使用中外表或外部存在裂纹或毛病，而带裂纹或相似裂纹的物体在接受交变应力时，即使上班应力远低于资料的疲劳极限也或者发生裂纹裁减，从而使物体断裂。

为此需运用断裂力学的观念钻研“破损安保”的设计方法，即：假如物体是带裂纹体，答应其在交变应力作用下，在一段期间内裂纹可以有所裁减，但未到达断裂，因此不影响物体牢靠的上班。

关于这种设计必定把握资料疲劳裂纹裁减特色，能力使设计取得预期的安保成果。

为了减轻结构的重量，设计上愈来愈多地驳回高强度和超高强度资料。

这类资料的断裂韧度普通随着资料的屈服强度的增高面逐渐降低，从而使脆性破坏的裂纹临界尺寸减小。

因此必定处置这类资料制成的构件的疲劳残余寿命的预算疑问。

所以钻研资料疲劳裂纹裁减法令是设计和经常使用资料方面给资料的力学功能钻研提出的新课题，也是断裂力学在工程运行方面的一个关键内容。

由于构件在加工制作和经常使用环节中，裂纹的出现是无法防止的，用断裂力学来钻研裂纹裁减个性，是对传统疲劳实验和剖析方法的关键补充和开展。

三、疲劳破坏的环节

疲劳总是在应力最高、强度最弱的部分位置上构成。

关于普通构件来说，机械加工的切削痕、阶梯部分、圆孔部分及内外表夹杂物等应力集中处，是疲劳裂纹首先出现的中央。

由于资料结构及上班条件不同，疲劳裂纹的构成模式也不同。

经常出现的有夹杂物与基体界面开裂、滑移带开裂、晶界开裂等模式。

普通状况下疲劳破坏的环节可分为四个不同阶段。

1.裂纹成核阶段

交变应力→滑移→金属的挤出和挤入→构成微裂纹的核（普通出现于整机外表）。

2.微观裂纹裁减阶段

微裂纹沿滑移面裁减，这个面是与正应力轴成45°的切应力作用面，许多滑移线构成滑移带，沿滑移带构成裂纹，此阶段裂纹的裁减速率是缓慢的，每循环普通为10mm，裂纹尺寸小于0.05mm。

3.微观裂纹裁减阶段

裂纹裁减方向与拉应力垂直，为繁多裂纹裁减，裂纹尺寸从0.05mm裁减至临界尺寸a，裁减速率为每循环10mm。

4.断裂阶段

当裂纹裁减至临界尺寸a时，发生失稳而很快断裂。

工程上普通规则0.1～0.2mm贯通裂纹为微观裂纹；0.2～0.5mm，深0.15mm外表裂纹为微观裂纹。

微观裂纹裁减阶段对应的循环因数——裂纹裁减寿命（N）。微观裂纹裁减以前阶段对应的循环因数——裂纹构成寿命（N）。

四、高周疲劳和低周疲劳

工程上常遇到高周疲劳与低周疲劳的概念。

1.高周疲劳

当构件所受的应力较低，疲劳裂纹在弹性区内裁减，裂纹裁减至断裂所教训的应力循环周期N较高，或裂纹的疲劳寿命较长，称为高周疲劳。

高周疲劳也称为应力疲劳。

N称为失效周期或疲劳寿命。

2.低周疲劳

当构件所受的部分应力已超越资料的屈服强度，构成较大的塑性区，裂纹在塑性区中裁减，裂纹裁减所教训的循环周期较低，或裂纹的疲劳寿命较短，称为低周疲劳。低周疲劳也称为应变疲劳或塑性疲劳。低周疲劳总的寿命近似等于裂纹裁减寿命，因此在低周疲劳设计中关键思考裂纹裁减寿命。工程中普通规则N≤10的疲劳为低周疲劳。

五、构件的疲劳设计

1.总寿命法

首先测定S-N曲线（S为交变应力，N为应力循环周次）。

经典的疲劳设计方法是用循环应力范畴（S-N）曲线法或塑性总应变法来形容造成疲劳破坏的总寿命。

在这些方法中经过管理应力幅或应变幅来取得初始无裂纹的实验室试样发生疲劳破坏所需的应力循环数和应变循环数：

N=N+N（N构成寿命，N裁减寿命）

2.挫伤容限法（疲劳设计的断裂力学方法）

准许构件在经常使用期内出现裂纹，但必定具备足够的裂纹亚临界裁减寿命，以保障在经常使用期内裂纹不会失稳裁减而造成构件破坏。

疲劳寿命定义为从某一裂纹尺寸裁减至临界尺寸的裂纹循环数。