金属的疲劳01
材料力学性能-第2版课后习题答案
第一章 单向静拉伸力学性能1、 解释下列名词。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变2、 说明下列力学性能指标的意义。
答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。
合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。
组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。
【P4】4、 现有45、40Cr 、35 CrMo 钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作为机床起身，为什么？选灰铸铁，因为其含碳量搞，有良好的吸震减震作用，并且机床床身一般结构简单，对精度要求不高，使用灰铸铁可降低成本，提高生产效率。
5、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？【P21】答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
6、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。
钢结构疲劳计算
目录
• 引言 • 钢结构疲劳计算基础 • 疲劳载荷谱的编制 • 疲劳寿命估算 • 疲劳损伤累积与断裂分析 • 钢结构疲劳计算的工程应用 • 结论与展望
01 引言
疲劳计算的重要性
保证结构安全
疲劳计算是确保钢结构在长期使用过程中保持安全的重要手段，通过计算可以 预测结构在各种载荷下的疲劳损伤，从而采取相应的措施来预防破坏。
07 结论与展望
结论
疲劳计算是钢结构设计中的重要环节，通过合理的计算和 分析，可以预测结构在循环载荷作用下的性能和寿命，为 结构的安全性和经济性提供保障。
疲劳计算的准确性和可靠性取决于多种因素，如载荷类型、 材料特性、结构细节和计算方法等。因此，选择合适的计 算方法和参数是至关重要的。
疲劳计算的结果可以为结构的设计、制造、安装和维护提 供指导，帮助工程师更好地理解和控制结构的疲劳性能。
线性疲劳累计损伤理论
基于S-N曲线，通过线性累计损伤的概念来估算疲劳寿命。
非线性疲劳累计损伤理论
基于S-N曲线，考虑非线性累计损伤效应，更准确地估算疲劳寿命。
05 疲劳损伤累积与断裂分析
疲劳损伤累积模型
线性累积损伤模型
假设疲劳损伤是线性的，即每次循环产生的损伤可以累加，适用于 高周疲劳。
非线性累积损伤模型
损伤力学
将结构视为损伤演化过程，通过分析损伤演化规律来预测结构的断裂 行为。
断裂韧性测试与评估
试样制备
根据标准要求制备试样，确保试样的尺寸、形状和表面处理等符 合要求。
加载制度
根据标准规定的加载制度进行试验，确保试验结果的准确性和可重 复性。
结果评估
根据试验结果计算断裂韧性值，并与标准值进行比较，评估材料的 断裂韧性性能。
2-防止金属疲劳失效的措施
防止金属疲劳失效的措施时间：2011-01-11 浏览次数：651本文摘要：提高金属零件的疲劳抗力是防止零件发生疲劳断裂的根本措施，工程上常采用以下几种办法来提高零件的疲劳抗力。
1、降低作用于零提高金属零件的疲劳抗力是防止零件发生疲劳断裂的根本措施，工程上常采用以下几种办法来提高零件的疲劳抗力。
1、降低作用于零件危险部位上的实际应力当零件表面存在缺陷、表面粗糙及表面有应力集中时，都会加速裂纹的萌生。
因此，设计中应尽量避免应力集中，如避免复杂的型面、注意截面尺寸的圆滑过渡，提高表面光洁度、防止表面划伤以及避免表面缺陷和软点等；制造工艺要确保缺口质量，有缺口的零件应避免选用缺口敏感的材料：结构中的残余拉应力会叠加在工作应力上，增加总的应力水平。
尤其是复杂的焊接结构，设计不当或焊接工艺不良都会引起较大的焊接残余应力，这往往是造成疲劳失效的重要原因，因此，在结构允许的情况下，焊后应进行去应力退火以消除残余应力。
2、采用滚压或喷丸使表面强化由于表面强化可以在零件表面产生很高的残余压应力，从而延缓或抑制疲劳裂纹在表面的萌生，即使表面有小的微裂纹，裂纹也不易扩展。
滚压强化工艺适用于轴类及圆形零件，各种缺口或沟槽的圆角根部，它不适合于形状复杂的零件。
缺口滚压后其疲劳极限大幅度提高，有的甚至比未滚压的光滑试样强度还高。
喷丸强化工艺在渗碳淬火后的齿轮，钢板弹簧等零件中得到了广泛的应用。
喷丸强化对疲劳表现出下列特点：（1）材料的强度越高，强化效果越显著；（2）与其他材料相比较，钢的强化效果最高；（3）缺口零件的强化效果比光滑零件的高；（4）对承受弯曲、扭转的零件，亦即有应力梯度的零件是有效的，而对承受拉—压等应力均匀分布的零件作用较弱；（5）只对高周疲劳有效，而对低周疲劳作用不大，因为材料在高应变幅或高应力幅下要产生塑性变形，使应力松弛，这样残余压应力便不能保持；（6）对渗碳淬火的零件，要注意层深和心部强度的控制，较浅的层深有利于获得表层高的残余压应力，同时心部强度不能过高，否则，反会导致表面拉应力。
金属疲劳强度时间
金属疲劳强度时间
金属疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下会产生破坏的大应力，也称为疲劳极限。
疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一，据统计，大约有80%以上的机械零件失效是由于疲劳破坏造成的。
而且，疲劳破坏前没有明显的变形，因此经常会造成重大事故。
关于金属疲劳强度的时间，非常抱歉未能给出您需要的答案。
金属疲劳强度的检测周期通常为5\~7个工作日，而疲劳寿命检测则涉及检测轴、齿轮、轴承、叶片等金属零部件的疲劳寿命。
金属疲劳强度的时间因素十分复杂，受到材料类型、使用环境、负载情况、制造工艺等多种因素的影响。
为了更准确地了解金属疲劳强度的时间特性，建议查阅相关领域的专业文献或咨询相关领域的专家。
astm-e466-2015-《金属材料力控制轴向等幅疲劳试验标准规程》
astm e466-2015 《金属材料力控制轴向等幅疲劳试验标准规程》ASTM E466-2015《金属材料力控制轴向等幅疲劳试验标准规程》是一项重要的标准，用于评估金属材料的力控制轴向等幅疲劳性能。
本文将分为四个部分，依次介绍标准的背景及意义、试验方法及步骤、试验结果的分析、以及标准的应用前景。
第一部分：标准的背景及意义金属材料在工程实践中广泛应用，经常承受循环载荷。
然而，长期以来，金属材料在循环载荷下的疲劳寿命难以预测，很容易导致突然失效。
因此，疲劳试验是评估金属材料耐久性的关键步骤之一。
ASTM E466-2015标准的制定旨在提供一个统一的测试方法，以使各种金属材料的疲劳性能能够得到可靠准确的评估和比较。
该标准的意义主要体现在以下几个方面：1. 评估金属材料的疲劳寿命：ASTM E466-2015标准可帮助评估金属材料在特定载荷情况下的疲劳寿命。
通过该标准的试验方法，可以定量地确定金属材料在受力过程中的循环疲劳起始、增长和失效阶段，从而预测其它工况下的实际寿命。
2. 比较不同材料的疲劳性能：标准规定了一系列统一的试验参数和测量指标，使得各种不同材料之间的疲劳性能具有可比性。
这对于材料的筛选和选择具有重要意义，为设计和工程师提供了参考依据。
3. 改进材料设计和加工工艺：此标准提供了对金属材料在应力控制下的疲劳性能测试方法，对于理解材料行为和优化材料设计和加工工艺方案具有重要意义。
通过进行一系列的试验，并对试验结果进行分析，可以帮助科学家和工程师找到合适的材料和加工工艺，以增强材料的疲劳寿命和性能。
第二部分：试验方法及步骤ASTM E466-2015标准规定了一系列本质上等幅疲劳加载的试验方法。
下面将介绍其中一种常用方法（标准中还包含其他试验方法）。
1. 建立试样：根据试验要求，制备适当尺寸的试样。
通常采用矩形形状的试样，通过加工或切割砂轮等方式将试样制备成标准尺寸。
2. 布置应力传感器：根据试验要求，在试样上安装应力传感器。
金属疲劳强度的常用指标
金属疲劳强度的常用指标
金属疲劳强度是指材料在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹或突然发生完全断裂的现象。
常用的疲劳强度指标包括疲劳极限、疲劳寿命和疲劳强度系数。
- 疲劳极限：指材料在一定循环次数下不发生疲劳破坏的最大应力，通常用符号“σ-1”表示。
- 疲劳寿命：指材料在一定循环次数下发生疲劳破坏的循环次数，通常用符号“N”表示。
- 疲劳强度系数：指材料在一定循环次数下的疲劳极限与材料的抗拉强度的比值，通常用符号“K”表示。
金属材料的种类特性和性能
全了！金属材料的种类、特质和性能有哪些2015-01-18金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显着标志。
现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
（1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
（2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
（3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。
其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。
性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
培训_疲劳理论
2012年nCode学院培训课程：疲劳失效及寿命预测内容•什么是金属疲劳？•怎样预测疲劳寿命？什么是金属疲劳什么是金属疲劳？？•疲劳是一种机械损伤过程，在这一过程中即使名义应力低于材料的屈服强度，载荷的反复变化也将引起失效•疲劳一般包含裂纹萌生和随后的裂纹扩展两个过程，循环塑性变形是金属产生疲劳的主要原因飞机失事(The De Havilland Comet Story)火车火车出轨出轨出轨（（英国Hatfield）汽车零部件失效•车架•歧管•支架•曲轴•刹车•排气管•车轮•…疲劳失效所涉及的领域•汽车、航天、航空、航海、能源、国防、铁路、海洋工程及一般的机器制造等工业领域铁路国防工程车辆机器能源农用车辆航空航天轿车疲劳失效机理疲劳失效机理：：小裂纹的起始和扩展~1mm第一阶段第二阶段位错滑移位错滑移和第一阶段裂纹扩展交变应力金属表面最大剪应力面位错滑移带裂纹起始和扩展•裂纹的形成使得裂纹尖端的应力高度集中，处于循环塑性变形，进而导致裂纹的进一步扩展。
裂纹尖端应力高度集中第二阶段裂纹扩展快速断裂区海滩状裂纹扩展区交变应力疲劳寿命定义•裂纹起始寿命•裂纹扩展寿命•总寿命影响疲劳寿命的关键因素•应力或应变变化范围•平均应力影响疲劳寿命的其它因素•应力集中（应力梯度）•表面加工•表面处理•尺寸效应加载频率加载频率、、波形对室温疲劳影响很小波形对室温疲劳影响很小！！怎样预测疲劳寿命？1871 年，Wohler 首先对铁路车轴进行了系统的疲劳研究。
发展了旋转弯曲疲劳试验，S-N曲线及疲劳极限概念。
Wohler 曲线和疲劳极限Log (Nf , 疲劳循环次数)应力幅光滑试样缺口试样应力幅1 个应力循环三种基本三种基本（（经典经典））的疲劳寿命估计方法•S-N (总寿命法)名义应力或弹性应力和总寿命之间的关系•e-N (裂纹起始寿命法)局部应变和裂纹起始寿命之间的关系•LEFM (裂纹扩展寿命法)应力强度因子和裂纹扩展速率之间的关系这些方法依赖于相似性这些方法依赖于相似性！！Nf = Ni + Np 总寿命= 裂纹起始寿命+ 裂纹扩展寿命名义应力法S-N 局部应变法(e-N) 断裂力学法nomσσnom同样的名义应力同样的名义应力，，同样的疲劳总寿命!名义应力(S-N) 法对付高周疲劳S-N 曲线定义L o g 应力范围Log Nf 总寿命疲劳极限1b 1b 21()1bN SRI S =∆应力范围1 个应力循环试样和实际零件的差别•通常没有应力集中•表面光洁度一定•通常不进行表面处理•尺寸一定•等幅加载•均值不变(通常为0)•有应力集中•表面光洁度多样•表面可能经过处理•尺寸不同•通常为变幅加载•均值变化试样零件局部应变(e-N) 法εε对付低周疲劳同样的局部应变同样的局部应变，，同样的裂纹起始寿命!循环应力应变和应变寿命曲线定义εσσa aa n E k =+′′1σa εa循环应力应变曲线应变寿命曲线Log N fLog εa()()εσεa f fbf fcEN N =+′′22裂纹扩展寿命法应用于损伤容限设计同样的应力强度因子同样的应力强度因子，，同样的同样的裂纹扩展速率裂纹扩展速率裂纹扩展速率！！∆K-da/dN 曲线定义•1959 年，Paris 首先提出了一种用断裂力学参数处理裂纹扩展的方法!()d d a NC K m=∆∆K thd a /d N∆KI IIIII 其它高等疲劳寿命估计方法•多轴疲劳•频域疲劳•热机疲劳•腐蚀疲劳•复合材料疲劳•接触疲劳•?..疲劳寿命预测–我们需要什么?疲劳分析5框图FatigueLifeFatigue models Loads Geometry Material疲劳寿命疲劳分析模型载荷数据几何几何信息信息材料性能应力循环定义定义一个应力循环需要两个参量：•S max, S min •S m, S a •R,∆SS aS a∆S S maxS minmaxminSSR=S mR1R1SSAma+−==‘载荷载荷’’种类等幅载荷组合’块’谱变幅载荷N个循环ε载荷时间N1个循环N2个循环N3个循环εε2ε3转向拉杆的寿命分散性分散性载荷分散性材料分散性寿命分散性概率(%)失效里程引自英国皇家工程院院士引自英国皇家工程院院士，，英国机械工程师协会主席Rod A. Smith 教授的话教授的话，，1990年“工程是一种近似对而不是完全错的艺术的艺术””"Engineering is the art of being approximately rightrather than exactly wrong"Smith教授曾经说教授曾经说：：2012年nCode学院培训课程：S-N疲劳分析理论课程内容•S-N疲劳试验•平均应力修正•表面加工表面处理修正•加载型式影响•尺寸影响•缺口修正和应力集中•变幅载荷及雨流计数•疲劳损伤及损伤累积•S-N总结回顾•S-N疲劳分析手算练习S-N 疲劳试验S-N 疲劳分析理论小问题你能得出一个受等幅对称交变等幅对称交变应力应力钢棒的疲劳寿命吗？Wohler 曲线和疲劳极限Log (Nf , 疲劳循环次数)S t r e s s A m p l i t u d e 应力幅光滑试样缺口试样应力幅(Y)1 个应力循环S-N 疲劳试验•对测试件施加等幅交变载荷。
增材制造金属材料的疲劳性能研究综述
增材制造金属材料的疲劳性能研究综述1增材制造技术简介增材制造(addictivemanufacturing,以下简称AM)即为人们熟知的3D打卬技术，其原理可概括为•分层制造，逐层叠加”。
与传统的制造方法如铳刨磨(通常被称为减材制造)相比，AM具有很多优势，如无材料浪费、可制造复杂几何形状零件等。
金属AM的类别包括：定向能量沉积(DED),粉末床熔敷(PBF) 和薄板层压(SL)o DED用于修理和翻新金属零件及大规模制造，PBF 用于生产需要高分辨率和严格的建造精度的复杂几何形状，而SL具有连接异种金属以生产具有特定性能的部件的能力。
2增材制造材料的宏观特性和微观结构AM材料以光聚合物和热塑材料为主，金属AM由于面临问题众多，例如生产效率、质量稳定性、成本控制方面不能满足商业化生产需求，导致其占比很小，但近年来，金属AM在航空航天等领域的高速发展使其成为AM的一个发展方向。
钛及钛合金可制造高性能零件，但传统加工成本高、时间长，AM致力于解决这些问题，是金属AM应用最广的材料，目前用于航空航天的TI-6AI-4V正被广泛研究。
Ti-6AI-4V在室温下由V稳定的体心立方堆积p相和AI稳定的密排六方堆积c(相组成。
AM的Ti-6AI-4V具有精细的网状组织，这是因为在AM a程中，材料经历复杂的热循环，这涉及到高于熔化温度的快速加热和在热源移动之后熔融材料的快速凝固，以及大量的重新加热和重新冷却，导致所形成微观结构不平衡，即AM材料常常表现出各向异性，这使得其微观结构的建模具有挑战。
3疲劳性能分析3.1疲劳性能的研究价值金属AM零件在应用中的关注点是其抗疲劳性，为了在零件中采用AM技术，疲劳载荷下的材料性能必须量化且可重复。
布兰德尔等人使用计算机断层扫描技术来识别材料缺陷，并使用线性弹性断裂力学软件来模拟这些缺陷对AM Ti-6AI-4V疲劳寿命的影响。
这些表明断裂力学的方法可用于评估AM金属及合金的性能，对量化且评估AM零件材料性能都具有指导意义。
金属疲劳强度时间
金属疲劳强度时间全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：金属疲劳是指金属在交变载荷作用下出现的疲劳破坏现象，即在交变载荷下，金属材料在较小的应力层次下疲劳寿命大幅度降低的现象。
金属疲劳是一种很常见的现象，几乎所有的金属材料在一定的应力水平下都会发生疲劳破坏。
金属疲劳强度与时间的关系是很重要的一个研究课题。
我们知道，金属的强度是会随着时间的变化而发生变化的。
在金属受到交变载荷作用的时候，其应力状态也是在发生变化的，所以金属的疲劳寿命也会受到时间因素的影响。
金属疲劳强度和时间之间的关系可以用S-N曲线来表示。
S-N曲线是研究金属疲劳寿命的一个重要工具，它可以直观地表示出金属在不同应力水平下的疲劳寿命。
S-N曲线是通过一系列疲劳试验得到的，通常是将金属试样在不同应力水平下进行交变载荷实验，然后绘制出应力与循环寿命的关系曲线。
在S-N曲线中，有一个很重要的参数就是金属的疲劳极限。
疲劳极限是指金属在一定应力水平下能够承受的最大循环次数，超过这个次数就会发生疲劳破坏。
疲劳极限是一个重要的参数，它可以直观地表示出金属的抗疲劳能力。
疲劳强度和时间之间的关系不仅可以通过S-N曲线来表示，还可以通过一些数学模型来描述。
有许多数学模型可以用来描述金属的疲劳强度和时间的关系，比如布洛赫模型、米纳尔迭算法等。
这些数学模型可以很好地描述金属在不同应力水平下的疲劳寿命。
除了数学模型和S-N曲线，金属疲劳强度和时间之间的关系还受到许多其他因素的影响。
比如金属的化学成分、微观结构、加工工艺等因素都会对金属的疲劳性能产生影响。
所以在研究金属疲劳强度和时间的关系时，需要考虑到这些因素的影响。
金属疲劳强度和时间的关系对于材料科学领域具有重要的意义。
研究金属的疲劳性能可以帮助我们更好地设计工程结构，延长材料的使用寿命，提高工程结构的可靠性。
对金属疲劳强度和时间的研究具有重要的理论和实际意义。
在进行金属疲劳研究时，我们需要综合考虑金属本身的性能、外界环境因素以及应力状态等因素，以期在实际工程应用中更好地利用金属材料的潜力，减少疲劳破坏的发生。
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第一章 前言
第二章 疲劳现象
2.1 包辛格(Bauschinger)效
应 在对金属材料做 循环加载试验时发 现，金属材料经过 微量的预变形之后， 如果继续同向加载， 将使其弹性极限升 高，若反向加载将 使其弹性极限降低。
金属在交变应力作用下，其表面出现滑移线或 滑移带，它与静加载的差异在于滑移更不均匀，随 着塑性变形程度的增加，滑移带的数目不甚增加， 但某些带进一步加深、加宽，形成持续滑移带。由 于它具有特殊的位错结构，可以在很低的应力下作 塑性变形，而不产生明显加工硬化，使变形局限在 持续滑移带内进行。随着塑性变形的进一步发展， 持续滑移带内将产生挤出峰勺挤入沟(出现在与表 面相交的滑移带中)，再继续加载时，在强烈的滑 移带中沿着凹进的挤入沟将产生显微裂纹，直至最 终发展成为宏观疲劳裂纹。
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 2 疲劳裂纹萌生的孕育期
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 2 疲劳裂纹萌生的孕育期
材料的 性能
缺口 尖锐度
孕育期
应力水平
表面 强化效果
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 3 疲劳裂纹萌生机制
3 . 3 . 1 Wood机制
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 3 疲劳裂纹萌生机制
3 . 3 . 2 Cottrell和Hull的侵入和挤出模型
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 3 疲劳裂纹萌生机制
3 . 3 . 3 Zener模型
疲劳裂纹 在晶界萌生
相邻两晶粒为大角度晶界
其中一个晶粒处于 滑移变形的有利方位
变应力反复作用
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 3 疲劳裂纹萌生机制
3 . 3 . 4 Laird模型
包辛格效应的作用 对金属材 料构件的制造和使用性 能有着重要影响，它是 造成材料力学性能方向 性的重要原因之一。
第二章 疲劳现象
2.2 玛辛(Masing)特性 包辛格效应描述了变形反向时屈服应力 的变化情况。材料在循环加载时所表现的另一瞬时现象即 玛辛特性。
在应力增量相同的阶梯加载过程中，将滞后回线的最低 点都移至坐标原点，如果幅值不同的回线能重合在一起， 则称该材料具有玛辛特性；否则为非玛辛特性材料。
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 4 腐蚀条件下疲劳裂纹的萌生
3 . 4 . 3 腐蚀坑与疲劳裂纹萌生之间关系
第四章 疲劳裂纹的扩展
疲劳裂纹的扩展是工程应用领域重要的研究课题之一，目 前对疲劳裂纹的扩展的研究是从如下两个方面着手的：
第二章 疲劳现象
2．6 滑移带
滑移带是塑性应变的可见标记。一般情况下，它是由 不同数量的滑移线所构成， 如图2．１４所示。
。
第二章 疲劳现象
2．6 滑移带
滑移带结构是同金属的结构与应变条件紧密联系的。滑移常发 生在特定面(密排原子面)和晶向上，形成滑移系(如表2．1)。
第三章 疲劳裂纹的萌生
疲劳裂纹的萌生 部位 孕育期 机制
材料的疲劳
什么是 疲劳
启始研 究年代
问题
目前研 究状况
第一章 前言
疲劳的定义 • 零件在交变载荷的作用下，经过长期运转后发生
的破坏，称为疲劳。 • 工程结构在服役过程中，由于承受变动载荷而导
致裂纹萌生和扩展以至断裂失效的全过程谓之疲 劳。 • 材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变 化叫做疲劳；虽然在一般情况下这个术语特指那 些导致开裂或破坏的性能变化。 • 材料在使用过程中，由于承受变动载荷而导致的 性能变化
第二章 疲劳现象
2．5 疲劳形变中的饱和现象
• Finney和 Laird用Cu单 晶得到不同疲 劳应变幅下的 饱和现象(如图 2．12所)，并 见发现饱和硬 化后便出现驻 留滑移带 (PSB)。
第二章 疲劳现象
2．5 疲劳形变中的饱和现象
第二章 疲劳现象
2．5 疲劳形变中的饱和现象
• 有关上述饱和现象的解释，目前尚无定论。比较 直观的是winter提出的双相理论，即根据 Helgeland的工作，驻留滑移带(PSB)应比母体为 软，因此构成双相。实验指出，90％的塑性形变 都集中在较软的驻留滑移带内，小应变振幅下疲 劳时，只能促使驻留滑移带的数目增加，而不提 高疲劳抗力，也就是维持一个饱和应力水平；位 错墙的厚度也不变。
一般情况下，产生疲劳软化是因为硬化的材料内充 满了位错的缠结和障碍，在外应力作用下，位错的这 种状态受到冲击而破坏，使位错运动变得容易，从而 出现了疲劳软化现象。
第二章 疲劳现象
2．5 疲劳形变中的饱和现象
许多试验表 明，在疲劳 过程中，不 论是硬化还 是软化，几 乎都有一个 饱和特征， 如图2．11 所示。
第二章 疲劳现象
2.3 材料的记忆特性特性 材料的记忆特性指的是在经过一个大 应变幅值下循环后，当减少应力幅值或者改变材料的循环 特征再进行循环后又回到原来大应变幅值下循环，这时的 循环回线如果和最初的循环回线重合，这就表明材料具有 了“记亿”特性，如图2．5所示。
第二章 疲劳现象
材料的记忆特性 可以用来评价材料循环变形历史 对应力—应变行为的影响。在等幅应变循环 中，单次加大塑性应变幅值，然后再回到正 常循环状态。如果相应的应力和加大前的应 力一样，则可以认为应变历史对变形没有影 响。相反，应力幅值差别愈大，影响越严重。
第一章 前言
疲劳以许多不同的形式出现：
• 机械疲劳 由外加应力或应变波动造成的； • 蠕变—疲劳 循环载荷同高温联合作用引起的； • 热机械疲劳 循环受载部件的温度也变动时引入
(即热疲劳与机械疲劳的组合)； • 腐蚀疲劳 在存在侵蚀性化学介质或致脆介质的环
境中施加反复载荷时的；
• 滑动接触疲劳和滚动接触疲劳 载荷的反复作用与 材料之间的滑动和滚动接触相结合分别产生的；
• 微动疲劳 脉动应力与表面问的来回相对运动和摩 擦滑动共同作用产生的。
第一章 前言
疲劳的基本特征 引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载时的屈服强
度； 断裂时并无明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的
预兆，而是突然地破坏； 疲劳破坏是构件经过长期运转后发生的，所受应力越
大，断裂前的使用寿命越底； 疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后断
非金属夹杂物的影响
夹杂物本身开裂
复合非金属夹杂物内界面的分离
夹杂物与基体之间界面的脱开
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 2 疲劳裂纹萌生的孕育期 从工程应用的角度出发，把开始产生0.1mm长度疲 劳裂纹的应力循环周次，作为裂纹萌生的孕育期N0
疲劳裂纹萌生的孕育期
疲劳裂纹萌生的孕育期 是否存在？
它在疲劳断裂总寿命 中占多大的比例？
疲劳裂纹 在晶界萌生
相邻两晶粒为大角度晶界
相邻两品粒内的主要沿移 系上的滑移必须指向晶界
滑移要在长距离内进行
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 . 4 腐蚀条件下疲劳裂纹的萌生
3 . 4 . 1 腐蚀反应
3 . 4 . 2 氢脆 氢原于通过扩散进人金属内部，它使金属原子 结合力下降，基体脆化或者形成很脆的氢化物，导致的滞后 破坏称为氢脆 （李薰，1913．10．23—1983．3．20）
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 ．1 ．2 晶粒间界萌生疲劳裂纹
当应变幅高于产生驻留沿移带所需要的幅值时， 尤其是温度升高时，形变是广泛均匀的，不出现与 驻留滑移带有关的局部应变，晶界便会成为裂纹优 先成核的地点。 Laird曾提出一种模型，当满足以下几何条件：① 品界是大角度的；②相邻两晶粒内的主要滑移系上 的滑移必须指向晶界；③滑移要在长距离内进行， 会在晶界处产生裂纹。
第二章 疲劳现象
2．4 疲劳硬化和软化 材料在疲劳形变初期，由于循环应力（或应
变）的作用，会出现疲劳硬化和疲劳软化现象。 这种性能的变化对于构件的动强度设计是十分 重要的。
第二章 疲劳现象
2．4 疲劳硬化和软化
2．4．1 应力控制 • 如果试样在恒定的
应力幅值作用下发 生循环变形，而试 样的应变为一不确 定值。
表
其接 晶 晶
面
它触
金粒 属包
损
中围
伤
在滑
加
交移 变带
载பைடு நூலகம்
加在
时
载表
受
下层
力
，首
大
持先 续形
成
第三章 疲劳裂纹的萌生
3．1 裂纹萌生部位
裂纹萌生具体部位
持中 续萌 滑生 移裂 带纹
晶 界 萌 生 裂 纹
非附 金近 属萌 夹生 杂裂 物纹
第三章 疲劳裂纹的萌生
3 ．1 ．1 持续滑移带中萌生疲劳裂纹
• 疲劳裂纹在何处萌生、萌生孕育期的长短，将直 接影响到材料的疲劳寿命，尤其是对高强、超高 强材料。
第三章 疲劳裂纹的萌生
3．1 裂纹萌生部位
疲劳裂纹萌生的位置一般均在自由表面，与自由表面附近的 晶粒有关，而与金属内部的晶粒无关，其原因是：
材料表面
表不
与介 面 完
易
大质 晶 全
产
气直
粒受 是其
生
或接 多 它
第二章 疲劳现象
2．4 疲劳硬化和软化
2．4．2 应变控制 • 如果试样在恒定的
应变作用下发生循 环变形，而试样的 应力幅值为一不确 定值
第二章 疲劳现象
2．4 疲劳硬化和软化
• 可从滞后回线来分 析疲劳硬化和疲劳 软化行为。设想恒 定的应力(或应变) 幅值仿佛象两堵墙， 材料的应力或应变 就限制在这两堵墙 个间。对于疲劳硬 化材料，当应力幅 值一定时，其循环 回线形状为
第二章 疲劳现象
2．4 疲劳硬化和软化