第05章金属的疲劳
材料的疲劳性能(2)
材料得疲劳性能一、本章得教学目得与要求本章主要介绍材料得疲劳性能，要求学生掌握疲劳破坏得定义与特点,疲劳断口得宏观特征,金属以及非金属材料疲劳破坏得机理,各种疲劳抗力指标,例如疲劳强度,过载持久值,疲劳缺口敏感度,疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值,影响材料疲劳强度得因素与热疲劳损伤得特征及其影响因素,目得就是为疲劳强度设计与选用材料建立基本思路.二。
教学重点与难点1、疲劳破坏得一般规律（重点）2。
金属材料疲劳破坏机理（难点）3、疲劳抗力指标（重点）4、影响材料及机件疲劳强度得因素（重点）5热疲劳（难点）三。
主要外语词汇疲劳强度：f a t i g ue st r engt h 断口:fractu r e 过载持久值:o v erlo a d of l a stin g value疲劳缺口敏感度：f atigue notch se n s it i vit y 疲劳裂纹扩展速率：fat i gue crac k gr o wth rate 裂纹扩展门槛值:th res hol d of crac k p r opaga t ion 热疲劳:t herm a l fatigue四、参考文献1、张帆，周伟敏、材料性能学、上海：上海交通大学出版社，20092、束德林、金属力学性能、北京：机械工业出版社,1 99 53、石德珂，金志浩等、材料力学性能、西安：西安交通大学出版社，19 964、郑修麟、材料得力学性能、西安：西北工业大学出版社,19 945、姜伟之，赵时熙等、工程材料力学性能、北京：北京航空航天大学出版社，19916、朱有利等、某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析[J]、装甲兵工程学院学报,2010，24（5）：78－81五. 授课内容第五章材料得疲劳性能第一节疲劳破坏得一般规律1、疲劳得定义材料在变动载荷与应变得长期作用下，因累积损伤而引起得断裂现象,称为疲劳。
2、变动载荷指大小或方向随着时间变化得载荷. 变动应力:变动载荷在单位面积上得平均值分为:规则周期变动应力与无规则随机变动应力3、循环载荷（应力）得表征①最大循环应力：ama x②最小循环应力：a m m③平均应力：nm=（max + c min）/2④应力幅c a或应力范围△ : Ac =1 ax- c min c a= Ac /2=（（axr c m in ）/2⑤应力比（或称循环应力特征系数）：r= m o n/ max5、循环应力分类按平均应力、应力幅、应力比得不同,循环应力分为①对称循环c m= （c m a x + c min）/2=0 r = -1 属于此类得有：大多数旋转轴类零件。
金属材料疲劳极限的估算
表 2 结构钢材料的 σr 计算值与实验值比较 Tab. 2 Contrast calculation value of structural steel material σr with experiment test
表 2 列出了几种结构钢材料 r = 0. 1 及 r = 0. 3时的实验值与计算值的比较. 其中 ,σr 的计算 值由式 (3) 获得 ,式 (3) 所用 σ- 1 由式 (1) 计算得 到 ,实验数据来自文献[ 7 ] , Kt 为理论应力集中系
数. 由表 2 可以看出 ,计算值一般比实验值要小 ,
面的研究 1
第 4 期 李海梅等 金属材料疲劳极限的估算 27
计和测试中常用的经验公式有两种[4 ] .
指数函数表达式 :
lg N = A + Blgσ;
(1)
三参数幂函数表达式 :
σ= A + B / Nα.
(2)
三参数幂函数表达式能较好地描述 S - N 曲
材料
16Mn 热轧 45 调质 40Cr 调质
40CrNiMo 调质 60Si2Mn 淬火 后中温回火
表 1 几种金属材料 σ- 1的计算值与实验值[7]的比较 Tab. 1 Contrast calculation value of some metal materialσ- 1 with experiment test
2002 年 12月 第 23 卷 第 4 期
郑州大学学报 (工学版) Journal of Zhengzhou University ( Engineering Science)
材料力学性能05_冲击
高强低韧材料1和高韧低强材料2 的A-N曲线有一个交点。说明在 大能量低冲击寿命下，高韧低强 材料2的多冲抗力居上，而在小 能量高冲击寿命时，高强低韧材 料的多冲抗力居上。因此，材料 抵抗大能量一次冲击的能力主要 取决于材料的塑性和韧性，而抵 抗小能量多次冲击的能力则主要 取决于材料的强度。
2020/7/9
18/24
SHPB冲击试验与应力波分析
SHPB实验原理是将试样夹持于两个 细长弹性杆(入射杆与透射杆)之间， 由圆柱形子弹以一定的速度撞击入射 弹性杆的另一端，产生压应力脉冲并 沿着入射弹性杆向试样方向传播。当 应力波传到入射杆与试样的界面时， 一部分反射回入射杆，另一部分对试 样加载并传向透射杆，通过贴在入射 杆与透射杆上的应变片可记录人射脉 冲，反射脉冲及透射脉冲。当材料在 受冲击时瞬间变形可近似地视为恒应 变率，由一维应力波理论可以确定试 样上的应变率、应力、应变。
(2) 弹塑性响应 当冲击载荷产生的应力超过屈服强度而低于104MPa时，材料的响应可用耗散过程来 描述，同时应考虑大变形、粘滞性、热传导等，本构方程十分复杂，呈非线性。
(3) 流体动力学—热力学响应 当冲击载荷产生的应力超过材料强度几个数量级，达到106MPa或更高，材料可作为 非粘性可压缩流体处理，其真实结构可不予考虑，材料的响应可用热力学参数来描 述，其本构关系可用状态方程表示，也为非线性。
2020/7/9
3/24
材料的冲击破坏
载荷以高速度作用于材料的现象称为冲击。材料在冲击载荷作用下 发生的破坏与静载破坏有着不同的特点。冲击破坏过程中的应力波效应 是造成这一差异的主要根源。此外材料的应变率性效应也会对材料的冲 击破坏产生影响。设法在实验测试中将材料的应力波效应与应变率效应 解耦是测定材料动态本构关系的关键。
05第五章 电畴结构和极化反转3
• 任何铁电晶体中，畴间夹角等于顺电相对称等效 方向之间的夹角。总的电畴结构决定于顺电相的 对称性以及自发极化的方向。
5.1.2
电畴的形成
• 电畴的形成是系统自由能取极小值的结果。 • 现以一级相变铁电体为例来说明这一过程。 许多多轴铁电体和一些单轴铁电体呈现一级 相变。多轴铁电体的电畴结构具有普遍性， 不但有180°畴，而且有非180°畴。
第五章 电畴结构和极化反转
• 首先讨论电畴结构，重点是决定畴结构的 主要因素，并介绍几种重要的畴结构。 • 然后讨论极化反转的基本过程、唯象理论 和疲劳问题。 • 除极化反转外，电畴对其它物理性质也有 重要影响。
• 表面、不均匀性和机械约束使铁电体呈现电畴 结构，电畴的知识是了解铁电体许多性质(特 别是极化反转)的基础。 • 铁电体的极化反转是个双稳态转换过程。因此 早在1950年代人们就研究极化反转，试图开发 铁电存贮元件。但由于电滞回线矩形度不好， 反转电压高和疲劳显著而未能实现。1980年代 以来由于材料性能的改进和铁电薄膜制备技术 的发展，使对铁电体极化反转的研究重新成为 热点，并取得重要的进展。
• 相变热对电畴的形成也有影响，这在相变热较大、 且载流子浓度较高的晶体中比较显著。在准绝热条 件下，PbTiQ3晶体中出现正负交错的周期性畴结 构，这可用相界速率的周期性变化来说明。相界的 速率依赖于热量的产生和散逸。由顺电相进入铁电 相是一个放热过程，故相变时产生的热量将阻碍相 变，亦即使VB减小。 • 当VB小于晶体的热弛豫速率V0时，热量被及时地散 逸，相变可顺利进行，于是VB增大，但随之大量产 生的热量又阻碍了相变，使VB减小，所以相界速率 随时间呈周期性变化，当VB<V0时，晶体中不出现 反向畴，VB>V0时，则出现反向畴。 • 类似的现象在BaTiO3和KTaxNb1-xO3并未观察到， 这可能是因为PbTiO3相变热较大。PbTiO3相变热 Δ Q＝1750J／mol，BaTiO3的Δ Q＝210J／mol。
第05章金属的疲劳
第05章金属的疲劳1．解释下列名词(1) 应力范围△σ；(2) 应变范围△ε；(3) 应力幅σa；(4) 应变幅(△εt／2，△εe／2，△εp／2)；(5) 平均应力σm；(6) 应力比r；(7) 疲劳源；(8) 疲劳贝纹线；(9) 疲劳条带；(10) 驻留滑移带；(11) 挤出脊和侵入沟；(12)ΔK；(13) da/dN；(14) 疲劳寿命；(15) 过渡寿命；(16) 热疲劳；(17) 过载损伤。
2．解释下列疲劳性能指标的意义(1)疲劳强度σ-1、σ-1p、τ-1、σ-1N；(2) 疲劳缺口敏感度qf；(3) 过载损伤界；(4) 疲劳门槛值△Kth。
3．试述金属疲劳断裂的特点。
4．试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程。
5．试述疲劳曲线(S—N)及疲劳极限的测试方法。
6．试述疲劳图的意义、建立及用途。
7．试述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。
8．试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析。
9．试述疲劳微观断口的主要特征及其形成模型。
10．试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。
11．试述σ-1与ΔKth的异同及各种强化方法影响的异同。
12．试述金属表面强化对疲劳强度的影响。
13．试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。
14．试述低周疲劳的规律及曼森一柯芬关系。
15．试述多冲疲劳规律及提高多冲疲劳强度的方法。
16．)试述热疲劳和热机械疲劳的特征及规律；欲提高热锻模具的使用寿命，应该如何处理热疲劳与其它性能的相互关系?17．正火45钢的σb=610MPa，σ-l=300MPa，试用Goodman公式绘制靠σmax(σmin)一σm疲劳图，并确定σ-0.5、σ0和σ0.5等疲劳极限。
18．有一板件在脉动载荷下工作，σmax=200MPa，σmin =0，其材料的σb=70MPa、σ0.2=600MPa、KIC=104MPa·m1/2，Paris公式中c=6.9×10-12，n=3.0，使用中发现有0.1mm 和1mm的单边横向穿透裂纹，试估算它们的疲劳剩余寿命。
《道德经》第05章 多言数穷 原文翻译解读
第05章多言数穷【原文】天地不仁①，以万物为刍(chú)狗②。
圣人不仁，以百姓为刍狗。
天地之间，其犹橐(tuó)龠(yuè)乎③?虚而不屈，动而愈出。
多言数穷⑧，不如守中⑤。
【注解】①仁：仁爱、仁慈。
②刍(chú)狗：用野草扎成的狗，古人祭祀时用，用后即扔。
刍，野草。
③橐(tuó)龠(yuè)：古代的风箱。
④数：通“速”。
⑤中：适中的意思。
【译文】天地无所谓仁爱，对待万物像对待祭祀时草扎的小狗一样，任凭万物自然生长;有道的人无所谓仁爱，对待百姓也如同对待刍狗一样，任凭百姓自己发展。
天和地之间，不就像一个风箱吗?虽然中空但永无穷尽，越鼓动风量便愈多，生生不息。
政令名目繁多反而会加速国家的败亡，不如保持虚静。
天地不仁，以万物为刍狗。
【导读】老子表达了自己无神论的思想倾向，反对将天地、“道”进行人格化的观点。
他认为天地是自然的存在，无所谓仁也无所谓不仁，它对世间万物没有特定的感情，只是任其自生自灭、自由发展。
同样，圣人治理天下也应如此，让百姓自劳自息，尊崇自然规则，采取无为而治的方式。
太多的冗政繁令只会让人们不知所从，造成混乱。
【解析】这一章里：老子由天地的“不仁”，讲到圣人的“不仁”，进而提出了“守中”的思想。
和前文不执于一端、“不尚贤”、“无为而治”的思想是一贯的。
其内容主要包括两方面：一是老子再次表述了自己无神论的思想倾向，否定当时思想界存在的把天地人格化的观点。
他认为天地是自然的存在，没有理性和感情，它的存在对自然界万事万物不会产生任何作用，因为万物在天地之间依照自身的自然规律变化发展，不受天、神、人的左右。
二是老子又谈到“无为”的社会政治思想，是对前四章内容的进一步发挥。
他认为，作为圣人——理想的统治者，应当是遵循自然规律，采取无为之治，任凭老百姓自作自息、繁衍生存，而不会采取干预的态度和措施。
“天地不仁，以万物为刍狗。
”王弼说：“天地任自然，无为无造，万物白相治理，故不仁也。
《材料性能学》(第2版)12 材料的热学性能-1-热容-热膨胀
纽曼----柯普定律（Neumann-Kopp） ：
Born
Died
Residence Nationality Fields Institutions Alma mater Doctoral advisor
Doctoral students
Known for Notable awards
(1798-09-11)11 September 1798 Joachimsthal, Holy Roman Empire 23 May 1895(1895-05-23) (aged 96) Königsberg, German Empire Germany Germany Physicist, Mineralogist Königsberg University University of Berlin Christian Samuel Weiss Woldemar Voigt, Alfred Clebsch, Gustav Robert Kirchhoff, Friedrich Heinrich Albert Wangerin Neumann's Law Copley Medal (1886)
·chapter 12 Thermal Properties of Materials
·chapter13 Magnetic Properties of Materials
·chapter14 Electrical Properties of Materials
·chapter 15 Optical Properties of Materials
影响因素 测试方法
应用
掌握要点：
1. 材料的热学性能包括
、 、 、 等.
2. 固体材料的比热、热膨胀、热传导等热
构造地质学05第五章岩石力学性质
τｍａｘ＝ τ０ …（１）
τ０为抗剪强度极限
理论上，破裂面应沿最大剪应力面产生，形成棋 盘格式构造。剪裂角＜ ４５０？
库伦解释是岩石抗剪强度与剪应力和正应力有 关，因此将（１）式改为：
De/dt 常量
撤出应力
t0 t1 t2
t3
时间
永久应变
t4 t5
松弛——保持应变不变，应力随时间而减小。 （相当于降低了岩石的弹性极限） （1）、应力随时间减小，松弛速度急剧下降。 （2）、应力经很长时间后可趋于一极限值
实践证明：在地质上岩石能否在很长时间的极 小差异应力下不断变形，需要一定的温度和压 力条件，因为它一般发生在地壳深层或它具备 有利于蠕变之条件的地方，如某些强变形带中。
剪切 脆性
挠曲
压扁
流动 温度
韧性
熔融 围 压
岩石随P-T条件的变化而呈现 变形习性及相应的主要变形机制
显理 示想 了的 各地 构壳 造一 层段 次剖 构面 造， 样剖 式面
三．岩石变形的时间因素
在地质条件下，岩石变形是长期的，通常要 以百万年为单位，因此评价时间因素对岩石变 形的效应具有关键意义。
σｙ＝０
完全塑性材料。没
有载荷，变形继续
增大。
如果超过屈服点，继 续塑性变形，需施加 更大的应力超过屈服 应力，这个过程称应 变硬化或加工硬化。 经过一段应变硬化的 塑性变形后卸载，应 力－应变曲线回到e２ 表明总的永久变形。
应变硬化
σｙ＞０ σｙ＝０
如果将同样应力继续 加上去，应力－应变 曲线则沿以前路径回 到塑性变形Ｐ位置上 ，好像增大了弹性范 围和增高了屈服应力 （σｙ／）。因此应变 硬化可以看作屈服强 度随递进变形而连续 升高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第05章金属的疲劳
1．解释下列名词
(1) 应力范围△σ；(2) 应变范围△ε；(3) 应力幅σa；(4) 应变幅(△εt／2，△εe／2，△εp／2)；(5) 平均应力σm；(6) 应力比r；(7) 疲劳源；(8) 疲劳贝纹线；(9) 疲劳条带；(10) 驻留滑移带；(11) 挤出脊和侵入沟；(12)ΔK；(13) da/dN；(14) 疲劳寿命；(15) 过渡寿命；(16) 热疲劳；(17) 过载损伤。
2．解释下列疲劳性能指标的意义
(1)疲劳强度σ-1、σ-1p、τ-1、σ-1N；(2) 疲劳缺口敏感度qf；(3) 过载损伤界；(4) 疲劳门槛值△Kth。
3．试述金属疲劳断裂的特点。
4．试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程。
5．试述疲劳曲线(S—N)及疲劳极限的测试方法。
6．试述疲劳图的意义、建立及用途。
7．试述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。
8．试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析。
9．试述疲劳微观断口的主要特征及其形成模型。
10．试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。
11．试述σ-1与ΔKth的异同及各种强化方法影响的异同。
12．试述金属表面强化对疲劳强度的影响。
13．试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。
14．试述低周疲劳的规律及曼森一柯芬关系。
15．试述多冲疲劳规律及提高多冲疲劳强度的方法。
16．)试述热疲劳和热机械疲劳的特征及规律；欲提高热锻模具的使用寿命，应该如何处理热疲劳与其它性能的相互关系?
17．正火45钢的σb=610MPa，σ-l=300MPa，试用Goodman公式绘制靠σmax(σmin)一σm疲劳图，并确定σ-0.5、σ0和σ0.5等疲劳极限。
18．有一板件在脉动载荷下工作，σmax=200MPa，σmin =0，其材料的σb=70MPa、σ0.2=600MPa、KIC=104MPa·m1/2，Paris公式中c=6.9×10-12，n=3.0，使用中发现有0.1mm 和
1mm的单边横向穿透裂纹，试估算它们的疲劳剩余寿命。
19．疲劳断口和静拉伸断口有何不同?在什么情况下可以预期疲劳断口在肉眼观察下和静拉伸断口相似?如何从断口上判断载荷大小和应力集中情况。
20．试从疲劳破坏特点解释以下疲劳宏观规律
(a)一般金属材料，无论何种处理状态，其疲劳极限σ-1≈0.3～0.5σb，总低于静载下的屈服强度。
(b)为什么无缺口轴向疲劳极限一定比无缺口旋转弯曲疲劳极限低10％一25％?试举几个有影响的因素
(c)完全对称循环与不对称应力循环相比，为什么σ-1是最低的疲劳强度，而应力比R越大可承受的最大应力σmax越高，或者在相同的σmax晴况下，疲劳寿命越长?
21．什么叫低周疲劳和高周疲劳?为什么高周疲劳多用应力控制，低周疲劳多用应变控制?用应变控制进行低周疲劳试验有哪些优点，取得了哪些有价值的结果?
22．什么是疲劳裂纹门槛值，哪些因素影响其值的大小?它有什么实用价值?
23．对含25.4mm直径的中心圆孔的宽板，孔径与板宽之比为0.2，经受完全对称的拉压疲劳(R=-1)，试利用法则确定失效周次分别为和时的名义拉伸应力。
材料的性能数据为
24．提高零件的疲劳寿命有哪些方法?试就每种方法各举一应用实例，并对这种方法具体分析，其在抑制疲劳裂纹的萌生中起有益作用，还是在阻碍疲劳裂纹扩展中有良好的效果? 25．什么是疲劳短裂纹?在什么情况下短裂纹成为决定零件疲劳寿命的主要因素?
26．试从裂纹闭合效应解释疲劳裂纹扩展第一阶段中应力比的影响以及短裂纹扩展速率较快的原因。
27.缺口零件的寿命分析一般与材料的低周疲劳特性有关，为什么？常用的局部应变法的基本含义是什么？
28. 缺口零件的寿命分析一般与材料的低周疲劳特性有关，为什么？常用的局部应变法的基本含义是什么？。