03-金属材料疲劳性能及其描述

第3章金属材料疲劳性能及其描述

3.1金属材料的拉伸特性

3.2金属的循环应力应变特性

3.3金属材料的S-N曲线

3.4金属材料的ε-N曲线

参考书目

2第3章金属材料疲劳性能及其描述3.1 金属材料的拉伸特性

材料的和定义为：

e =试件加载后的长度改变

−

量L

试件标距原始长度L

L

S =

载荷P

试件加载前的截面积A

材料的和定义为：

σ=

载荷P

试件瞬时截面积A

d瞬时伸长量d L

L ⎛

⎜

⎜

L

L

⎞

⎟

⎟

⎝⎠

⇒dε=ln

瞬时长度L

L

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3第3章金属材料疲劳性能及其描述3.1 金属材料的拉伸特性

工程应力S和应变e与真实应力σ和应变ε的关系：

()

ε=+

ln1e

σ=+

S(1e)

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4第3章金属材料疲劳性能及其描述3.1 金属材料的拉伸特性

真实应力σ和应变ε的关系可用Ramberg-Osgood模型描述：

ε=σ

σ

+⎜

⎛

⎜

E K

⎝

⎞

⎟

⎠

1

n

K——强度系数，n——应变硬化指数。

就绝大多数工程结构材料而言，对于单调拉伸曲线可作如下假定：

①单调拉伸和单调压缩曲线关于原点O反对称；

②在屈服极限A点以内是直线。NUAA航空宇航学院姚卫星©

3.2 金属材料循环σ-ε曲线

弹性:

弹塑性:

3.2 金属材料循环σ-ε曲线

"循环硬化/软化

"循环蠕变/松弛

"Bauschinger效应

"Mashing特性

"记忆特性

"稳态循环σ-ε曲线

"瞬态循环σ-ε曲线

7第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.1 循环硬化/软

化

当外加循环应力—应变使材料进入塑性后，由于反复产

生塑性变形，使金属的塑性流动特性改变，材料抵抗变形的

能力增加或减小，这种现象称为循环硬化或循环软化。

¾应力控制

¾应变控制

¾材料

¾稳定性问题

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应力控制

应力控制下材料的循环硬化

应力控制下材料的循环软化

应力控制

应力控制下材料的循环软化

SAE1045钢的循环软化

应变控制

应变控制下材料的循环硬化

应变控制下材料的循环软化

应变控制

应变控制下材料的循环软化完全退火状态铜的循环硬化

材料的硬化/软化的判断

材料的循环硬化或软化特性与材料的屈强比σS/σb：

‰σS/σb<0.7 的材料为循环硬化材料；

‰σS/σb>0.8 的材料为循环软化材料；

‰σS/σb=0.7~0.8 的材料无法确定。

材料的循环硬化或软化特性也可用断裂延性εf判断：Óεf<50％的材料为循环硬化材料；

Óεf>50%的材料为循环软化材料；

Óεf在50％附近的材料无法确定。

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稳定性问题

金属材料的循环稳定与不稳定有二种观点：

¾在一定的循环数后，滞后环趋于稳定

¾直到疲劳破坏，循环硬化/软化一直存在，只是越来越小。

3.2.2 循环蠕变/松弛

循环蠕变具有明显蠕变

行为的材料的

典型应力－应

变曲线

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15第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.2 循环蠕变/松弛

循环松弛

16第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.3 Bauschinger效应

在一定量的拉伸或压缩塑性形变之后再进行反向加载时，

材料的屈服强度会低于连续形变的屈服强度，这一现象被称之

为Bauschinger效应。它是影响迟滞回线几何形状的重要因素。

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17第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.4 Mashing特性

A B C D

A

B C D

G F H E

EFGH

若将图中迟滞回线的最低点E、F、G、H平移到与坐标原点O相重合，如果迟滞回线的最高点A、B、C、D的边线与上行段迹线相吻合，则该材料称为Masing材料，即其具有Masing特性。

反之，则该材料不具有Masing特性，称为非Masing材料。NUAA航空宇航学院姚卫星©

18第3章金属材料疲劳性能及其描述3.2.5 记忆特性

材料的记忆特性是指材料在循环载荷作用下应力—应变响

应似乎能够记得曾经经历过的变形的特性。用以描述材料记忆

特性的手段是可用性系数。

A B C D E F G H I J K 加载

点

σ(MPa)650-450720460750-750350-45055070550

ε(%)0.8-0.2 1.20.6 1.5-1.5-0.5-0.90.1-0.220.5 NUAA航空宇航学院姚卫星©