疲劳强度疲劳强度
疲劳强度测试方法
疲劳强度测试方法
嘿，朋友们！今天咱就来唠唠疲劳强度测试方法。
你想想看啊，就像咱人累了会没劲儿一样，那些个机器零件啥的，用久了也会疲劳啊。
这疲劳强度测试呢，就好比给它们来个“体检”。
咱先说说常见的一种方法，叫拉伸试验。
这就好像拔河一样，看看材料能承受多大的拉力才会“撑不住”。
这可不是随便拉一拉就行的，得精确控制力度和速度，就跟咱做饭放盐得掌握好量一个道理。
要是拉得太猛太快，那不就测不准了嘛！
还有啊，疲劳裂纹扩展试验也很重要呢！这就像是给材料找个小“伤口”，然后看看这个“伤口”在使用过程中会怎么发展变化。
这可关系到材料能不能长期可靠地工作呢。
要是不重视这个，说不定哪天就突然出问题啦，那可不得了！
再来谈谈旋转弯曲试验。
你可以把它想象成让材料不停地“扭腰”，看它能扭多久才会累垮。
这可需要耐心和细心去观察记录呢。
那有人可能会问啦，做这些测试有啥用呢？哎呀，用处可大了去了！就好比你要去跑马拉松，不得先了解下自己的身体能不能承受得住呀？通过这些测试，咱就能知道材料的“底线”在哪里，在设计和使用的时候就能心里有底啦。
而且啊，这疲劳强度测试可不是一次就行的哦，得反复做，就像咱锻炼身体要坚持一样。
只有这样，才能得到准确可靠的数据。
咱再说说测试的环境也很重要呢。
不能太冷也不能太热，不然材料的表现可能就不一样啦。
这就跟人一样，在不同的环境下状态也会不一样嘛。
总之啊，疲劳强度测试可是个技术活，得认真对待。
咱可不能马虎，不然到时候出了问题可就麻烦啦！这就像是给机器零件们上了一道保险，让它们能更好地为我们服务呀！你说是不是这个理儿呢？。
金属材料的力学性能-疲劳强度
金属材料的力学性能-疲劳强度疲劳强度：机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。
在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。
疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。
实际上，金属材料并不可能作无限多次交变载荷试验。
一般试验时规定，钢在经受107次、非铁（有色）金属材料经受108次交变载荷作用时不产生断裂时的最大应力称为疲劳强度。
疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。
据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。
疲劳强度系数和疲劳强度指数
疲劳强度系数和疲劳强度指数疲劳强度系数和疲劳强度指数是研究材料疲劳性能的重要指标。
在工程应用中，了解材料的疲劳强度系数和疲劳强度指数可以帮助工程师评估材料的疲劳寿命和可靠性，从而合理设计和使用材料，避免由于疲劳引起的事故和损失。
疲劳是指材料在交变或周期加载下发生的破坏。
相对于静态加载，疲劳加载是更加复杂和危险的情况，因为疲劳加载会导致材料的逐渐损伤和失效，而不是突然发生破坏。
因此，研究材料的疲劳性能对于工程实践具有重要意义。
疲劳强度系数是材料疲劳强度的一个重要参数。
疲劳强度系数表示材料在特定条件下的疲劳强度与其静态强度之间的比值。
疲劳强度系数越大，说明材料的疲劳寿命越长，疲劳强度越高。
疲劳强度系数可以通过疲劳试验获得，常用的试验方法有拉伸-压缩疲劳试验、弯曲疲劳试验等。
疲劳强度指数是另一个用于评估材料疲劳性能的指标。
疲劳强度指数表示材料的疲劳强度与其静态强度之间的比值的对数。
疲劳强度指数是通过对疲劳试验数据进行统计分析得到的，常用的统计方法有Weibull分布、正态分布等。
疲劳强度指数越大，说明材料的疲劳寿命越长，疲劳强度越高。
疲劳强度系数和疲劳强度指数是描述材料疲劳性能的两个重要参数，它们可以用于评估材料的疲劳寿命和可靠性。
在材料设计和选择中，工程师通常会比较不同材料的疲劳强度系数和疲劳强度指数，选择具有较高数值的材料，以确保其在实际使用中具有较长的疲劳寿命。
此外，疲劳强度系数和疲劳强度指数还可以用于评估材料的疲劳性能随时间和温度的变化规律，为工程实践提供科学依据。
疲劳强度系数和疲劳强度指数是研究材料疲劳性能的重要指标。
通过了解材料的疲劳强度系数和疲劳强度指数，可以评估材料的疲劳寿命和可靠性，帮助工程师合理设计和使用材料，避免由于疲劳引起的事故和损失。
因此，研究和应用疲劳强度系数和疲劳强度指数在材料工程领域具有重要意义。
疲劳强度名词解释
疲劳强度名词解释
疲劳强度是指材料在反复加载下承受的应力值，使其发生疲劳破
坏的能力。
在工程实践中，很多物体会在实际应用中承受很多次反复
加载，如果其材料具有提高疲劳强度的特性，那么这样的物体可以更
加耐用，不易出现疲劳破坏。
具体来说，疲劳强度是通过一系列试验得出的，试验条件需要完
全符合实际应用场景。
在疲劳试验中，一般会采用不同应力水平下的
不同应变数进行试验，根据试验数据绘制S-N曲线，即应力-循环次数
曲线。
从曲线上可以得出不同应力水平下承受一定循环次数的应力值，这就是疲劳强度。
一般情况下，疲劳强度越高，材料承受疲劳破坏的
能力就越强。
疲劳强度的高低涉及到材料的许多因素，其中最重要的因素是材
料的强度、组织结构、显微组织和表面质量等。
一般来说，高强度材
料在疲劳试验中往往表现得比较明显，但是这并不是说只有高强度的
材料才能表现出高疲劳强度。
事实上，材料的组织结构和显微组织对
疲劳强度也有很大的影响，特别是对于低应力下的疲劳特性。
一般来说，细小、均匀的晶粒组织和优良的表面质量是提高疲劳强度的关键
因素之一。
疲劳强度还可以通过一些改进措施来提高。
例如，热处理、表面
处理等手段都可以改变材料的组织结构和性质，从而提高其疲劳强度。
另外，合理的设计和制造也可以提高疲劳强度，例如在零件设计中采
用倒角、圆弧等工艺措施可以避免应力集中，从而提高疲劳强度。
总之，疲劳强度对于很多工程材料来说都是一个重要的性能指标。
了解疲劳强度的意义和影响因素，可以帮助人们更好地理解材料的特
性和性能，提高材料的应用效能。
疲劳强度理论分析
1. 名义应立法：计算全寿命，主要用于高周疲劳； 2. 局部应力—应变法：计算裂纹形成寿命； 3. 断裂力学法：计算裂纹扩展寿命。
（四）：疲劳试验 材料试验，实物结构试验，高周疲劳试验，低周疲劳试验，裂纹扩展寿命试验
（五）：常规疲劳强度设计：
），可
4.P-S-N 曲线 不同可靠度下的应力——寿命曲线
（1） S-N曲线中S,N的概率密度函数
大量实验表明：疲劳强度符合正态分布
（同寿命下的应力分布）。疲劳寿命符合对数
正态或威布尔分布（同应力水平下的寿命）
正态分布
——均值，也叫数学期望。
——标准差，数学上叫均方根值。
对数正态分布，将随机变量的对数函数进行分析。威布尔分布（寿命）
随机载荷下疲劳寿命研究实测载荷谱当量成对称循环下的载荷谱ii根据材料的sn曲线实物试验值和实测载荷谱代入计算模型638可计算不同可靠度下的疲劳寿命图612表621表622这里进行了两种构件侧架和摇枕的疲劳寿命计算iii与实际统计数据比较讲实际统计数据进行整理表627采用常规定时截尾试验发最后论证摇枕的实际平均寿命为328年计算值为3537年两值接近说明计算公式可以
疲劳试验在疲劳试验机上进行，有弯曲疲劳试验机和拉—压疲劳 试验机等。
2 疲劳分析的有关参数
应力幅
平均应力 最大应力 最小应力 应力范围
应力比
对称循环， 脉动循环 静应力
3 材料的S—N曲线 根据不同应力水平分组进行疲劳试验，
根据实验数据进行拟合，一般采用最小二乘 法。 曲线为指数曲线，即： 对上式两边去对数 ：
也就是许用应力法： 存在问题：
a. 设计的机械零件特别笨重（为了安全，只有加大整个截面尺寸）； b. 尽管笨重，但仍有疲劳裂纹产生。 原因： a. 疲劳裂纹发生在构件的危险点的局部区域，通过裂纹不断扩展，
《材料力学》第十章 疲劳强度的概念
试件分为若干组，最大应力值由高到底，以电动 机带动试样旋转，让每组试件经历对称循环的交变应 力，直至断裂破坏。
记录每根试件中的最大应力（名义应力，即疲 劳强度）及发生破坏时的应力循环次数（又称疲劳 寿命），即可得S —N应力寿命曲线。
max
m ax,1 m ax,2
O
应力—寿命曲线，也称S—N曲线。
应力循环：应力每重复变化一次，称为一个应力循环。 完成一个应力循环所需的时间T ，称为一个周期。
o
t
max
o
min
：最大应力
max
：最小应力
min
a
a m
t
：平均应力
m
：应力幅值
a
max
m in
a
a m
循环特征：r min max
o
m
1 2
max
min
t
a
1 2
max
min
max
[ 1]
0 1
nf
其中： max 是构件危险点的最大工作应力；
nf 是疲劳安全系数。
或表示成：n
0
1
max
1 K max
同理，对扭转交变应力有：n
k
1 k
1 n f
max
max
nf
10.4 提高构件疲劳强度的措施
疲劳裂纹主要形成于构件表面和应力集中部位，故提高 构件疲劳极限的措施有：
表面加工质量愈低， 愈小， r 降低愈多。 一 般 1，但可通过对构件表面作强化处理而得到大于1 的 值。
综合上述三种因素，对称循环下构件的疲劳极限为：
0
1
K
1
或
0
疲劳强度理论课件
疲劳强度通常以应力或应变的最 大值表示，单位为应力或应变单
位。
疲劳强度的影响因素
材料性质
不同材料的疲劳强度存在差异，与材料 的弹性模量、屈服点、抗拉强度等机械
性能有关。
环境条件
温度、湿度、腐蚀介质等环境因素对 疲劳强度有一定影响，例如高温环境
下材料的疲劳强度会降低。
应力集中
零件结构上的缺口、孔洞、台阶等引 起的应力集中，会降低疲劳强度。
通过分析汽车关键零部件如发动机、底盘和车身的应力分布和疲劳特性， 可以预测其疲劳寿命和可靠性。
此外，疲劳强度理论还用于优化汽车零部件的设计和制造工艺，以提高其 耐久性和可靠性，降低维修成本和提高车辆整体性能。
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疲劳强度理论课件
目录
• 疲劳强度理论概述 • 疲劳损伤累积理论 • 材料疲劳强度 • 疲劳寿命预测 • 疲劳强度的提高方法 • 疲劳强度理论的应用
01
疲劳强度理论概述
疲劳强度的定义
疲劳强度：材料在循环应力或应 变作用下，抵抗疲劳断裂的能力
。
疲劳强度是材料的一种机械性能 ，反映了材料在交变载荷作用下
其中，D为累积损伤，n为实际循环次数，N为疲 劳寿命。
基于损伤的疲劳寿命预测
总结词：基于损伤的疲劳寿命预测是通过分析材料内 部微观结构损伤的演化过程，预测结构的疲劳寿命。
输标02入题
详细描述：该方法关注材料内部微观结构的变化，如 位错、空洞和裂纹的形成和扩展，通过建立损伤演化 模型来描述疲劳过程中的微观结构变化。
线性累积损伤理论适用于低周疲劳和应力水平较高的高周疲劳。
非线性累积损伤理论
01
非线性累积损伤理论认为，疲劳 损伤的累积是非线性的，随着循 环次数的增加，疲劳损伤的增长 速度会逐渐减缓。
疲劳强度试验方法
疲劳强度试验方法
疲劳强度试验是一种评估材料或结构在循环加载下的耐久性能的方法。
以下是常见的疲劳强度试验方法：
1. 疲劳弯曲试验：将试样放置在弯曲载荷下，通过循环加载和卸载来评估其弯曲疲劳强度。
2. 疲劳拉伸试验：将试样置于拉伸载荷下，进行循环加载和卸载，评估其拉伸疲劳强度。
3. 疲劳压缩试验：将试样置于压缩载荷下，进行循环加载和卸载，评估其压缩疲劳强度。
4. 疲劳扭转试验：将试样置于扭转载荷下，进行循环加载和卸载，评估其扭转疲劳强度。
5. 疲劳冲击试验：在试样上施加冲击载荷，通过循环冲击来评估其疲劳强度。
6. 疲劳振动试验：将试样置于振动载荷下，进行循环振动来评估其疲劳强度。
在进行疲劳强度试验时，通常会记录载荷循环次数和试样的破坏情况，通过统计和分析数据来评估材料或结构的疲劳寿命和强度。
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四、硬度 硬度—金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的 能力。 硬度直接影响到材料的耐磨性和切削加工性。 常用的硬度有： 1.布氏硬度HB 见图2-3 布氏硬度法 用钢球为压头： HBS,常用范围HBS﹤450 布氏硬度压痕大，硬度值 较稳定，测试数据重复性好， 但较费时，不宜成品检验。 图2-3 布氏硬度测试原理和方法 用硬质合金为压头： HBW表示，较少用。
产生疲劳断裂的原因：是由于材料内部的杂质、 加工过程中形成的刀痕、尺寸突变引起的应力集中等 导致微裂纹的产生。这种微裂纹随着应力循环总次数 的增加而逐渐扩展，致使零件不能承受所加载荷而突 然断裂。
§2-3金属材料的物理、化学及工艺性能
物理性能 金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀 性、导热性、导电性和磁性等。 化学性能 金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时， 抵抗各种介质侵蚀的能力，如耐酸性、耐碱性、抗氧 化性等。 工艺性能 工艺性能是金属材料物理、化学性能和力学性能 在加工过程中的综合反映。按工艺方法的不同，可分 为铸造性、可锻性、焊接性和切削加工性等。
一、塑性
塑性：是指金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。其表征参数为伸长 率和断面收缩率。
伸长率
l0 l1
:试样原始标距长度，mm
:试样拉断后的标距长度，mm 断面收缩率
l1 l0 100% l0
A0 A1 100% A0
A0 A1
mm :试样的原始截面积，
2
:试样拉断后，断口处截面积， mm2
二、强度 强度：是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和 断裂的能力。 用屈服强度和抗拉强度表示
屈服强度
Fs s ( MPa) A0
Fs 2 : 试样原始截面积， mm A0
抗拉强度
：试样发生屈服时所承受的最大载荷，N
Fb b ( MPa) A0
Fb ：试样在拉断前所承受的最大载荷，N A0 ：试样原始截面积，mm2
2.洛氏硬度HR 见图2-4 洛氏硬度的测量。 HRC应用最广，范围是20～67， 还有HRA、HRB见表1-1
图2-4 洛氏硬度的测试原理和方法
3.维氏硬度：维氏硬度实验采 用锥面夹角为136º的金刚石棱锥体 压头，用HV表示，如图2-5其测定从 极软到极硬的薄金属材料、表面淬火 层、渗碳层等的硬度。
三、刚度
刚度：金属材料受外力作用时，抵抗弹性变形的能力称为 刚度。 弹性模量：应力σ和应变ε的比值称为弹性模量，用E表示， 即E=σ/ε，E越大，表示在一定应力作用下，能发生弹性变形越 小、刚度越大。 弹性模量取决于材料内部原子的结合力，同一种材料E相同， 但截面小的易发生弹性变形，所以考虑零件刚度时要注意材料 的E，还需注意零件形状和尺寸大小。
一、试验目的与要求 1．观察分析低碳钢拉伸过程及实验现象； 2．掌握材料力学性能测试的基本实验方法； 3．测定低碳钢拉伸时的屈服极限，强度极限，延伸率δ和截面收缩 率ψ； 4．掌握万能材料试验机的基本操作； 5. 认识典型塑性材料力学性能特点和断裂特征。 二、试验设备及试样 1．万能材料试验机，电子万能试验机 2．游标卡尺，YJY-12引伸计 3．低碳钢拉伸试样（图2-1），l0=10d=100mm，将l0十等分，用画线 机刻划圆周等分线，或用打点机打上等分点。
登云科技职业学院 ——机电系
第二章
金属材料的主要性能
金属材料的性能可分为： 机械性能：金属材料在不同性质外力作用下表 现的抵抗能力，也称力学性能。 物理性能：如导电性、导热性、热膨胀性、熔 点、磁性、密度等。 化学性能：如耐酸碱、耐腐蚀、抗氧化。 工艺性能：材料在加工制造中表现出的性能， 显示了加工制造的难易程度。
k
Ak ( J / cm 2 ) A
a =（GH1-GH2）×9.8(J/cm2)
k
A G:摆锤重量 H1：摆锤初始高度 A：试件截面面积
H2：摆锤冲击后高度
§2-2
动载和高温下金属材料的力学性能
二、疲劳强度 疲劳强度—机械零件在周期性或非周期性动载荷 （称为疲劳载荷）的作用下工作发生断裂时的应力， 用 1表示。（如弹簧、齿轮、轴等零件承受交变载荷， 当交变载荷远小于屈服强度时，零件就发生断裂）。
第二章
金属材料的主要性能
§2-1静载下金属材料的力学性能
金属材料的主要力学性能有：强度、塑性、刚度、硬度、 冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性等。
一、弹性和塑性 1、弹性：受外力作用时产生变形，除去外力后恢 复原来形状的性能，其大小与外力成正比。 2、塑性：受外力作用时产生永久变形而不致于断 裂的性能，除去外力不能恢复的变形，其大小不与外 力成正比。
图2-5 维氏硬度的原理及方法
注：三种硬度试验条件不同，其间没有相互换算关 系，但从试验结果可得以下大致换算关系：
1HRC≈10HBS≈10HV
§2-2
动载和高温下金属材料的力学性能
动载主要有两种形式：一是载荷以较高的速度 施加到零件上形成冲击载荷；二是载荷的大小和方 向呈周期性变化，形成交变载荷。 一、冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵 抗断裂的能力称冲击韧性，用ak表示。（一次摆 锤冲击弯曲试验来测定）
图1-1 低4碳钢拉伸试样图
（
a）原试样应 力源自σ（b）偶数格数（c）奇数格数
应变ε
°
图2-1 拉伸试样
图2-2
低碳钢拉伸时的σ-ε曲线
1.弹性阶段（OE）：σe：弹性极限：材料所能承受的、 不变形的最大应力。 2.屈服极限（ES）：σs: 屈服强度：材料出现明显 塑性变形的应力。 3.强化阶段（SB）：σb:强度极限（也称抗拉强度）： 材料在拉断前所能承受的最大应力。 σ0.2：条件屈服强度（产生0。2%残余塑性变形时的应 力值） 4.缩颈阶段（BK）：试样出现局部截面减小现象。