材料力学疲劳破坏
疲劳强度破坏实例
疲劳强度破坏实例疲劳破坏在局部应力最高的部位发生，某些机械，常常由于设计、制造、装配和使用中的不合理，造成零部件过早地发生疲劳断裂。
1．锻造用水压机，特别是1600吨以下的三梁（上横梁、活动横梁及下横梁）四柱式结构的小型水压机（图1.1），由于上、下横梁与立柱形成的框架的刚度小，在锻造过程中摇晃厉害，这样，常在立柱下端应力集中处发生疲劳破坏。
图1.2为1250吨锻造水压机的立柱，材料为45钢经正火处理，立柱两端的锥台分别与上、下横梁联接，立柱有内孔，通高压液体。
该水压机投产后不到两年，有一根立柱疲劳断裂，焊修后继续使用。
另一根立柱因超载运行断裂，更换一旧立柱。
再过一年大修时，将两根立柱都换上40Cr的新立柱，三年后，一根立柱又产生疲劳裂纹（图1.2所示）。
还有一台1600吨水压机投产后一年半，一根立柱在下横梁上螺母上部退刀槽处发生疲劳断裂（图1.3）。
从上面的例子可以看出，水压机立柱的疲劳断裂，大都发生在下横梁上螺母（或锥台）与立柱光滑区的过渡圆角处，该处的应力集中最大。
水压机横梁的疲劳破坏，可以分为两种情况：下横梁及活动横梁的疲劳破坏，都发生在梁的中央部位。
因为这种横梁各截面的面积近似相等，中央截面上的弯矩最大。
例如，一台1250吨水压机投产后十年，在下横梁中央部位产生疲劳裂纹。
另一台1000吨水压机投产一年后，于活动横梁中央产生疲劳裂纹，修焊后使用了两年又开裂。
对于梯形的上横梁，最高的局部应力不在中央截面上，而在上横梁与柱套交界的圆弧处。
因此，疲劳破坏在交界圆弧处发生。
2．轧机闭式机架用于初轧机、钢坯轧机及板轧机等。
对于以强度为主要要求的轧机机架，其破坏形式是弯曲疲劳破坏。
疲劳裂纹源常发生在压下螺母孔的过渡圆弧r处（图1.4中的1处），该处的峰值应力最高。
但有些轧机（如1200薄板迭轧机）工作十年后，发现在上横梁与立柱过渡圆角处有30mm长的裂纹（图1.4中的2处）。
3．运锭车用于将罩式加热炉中的大钢锭运到初轧机前的受料辊道上，它经受冲击，热锭温度的周期变化与运送中车辆的振动。
简述疲劳破坏的特征
疲劳破坏的特征引言疲劳破坏是材料在交替荷载作用下发生的破坏现象，它是一种特殊的失效方式。
疲劳破坏不仅在金属材料中普遍存在，对于混凝土、塑料等其他材料也有一定的影响。
本文将详细探讨疲劳破坏的特征以及与其相关的因素和机制。
疲劳破坏的特征疲劳破坏具有以下几个主要特征：1. 循环载荷下的失效疲劳破坏是在交替或循环载荷下发生的失效，相比于静态破坏，疲劳破坏往往是一个相对较慢的过程。
在材料受到循环载荷的作用下，疲劳寿命逐渐减小，最终导致失效。
这是与静态载荷下的破坏不同之处。
2. 隐蔽性疲劳破坏通常是隐蔽的，很难在外观上观察到明显的破坏迹象。
材料可能在一段时间内表现正常，但在受到一定循环载荷作用后突然发生失效。
这增加了疲劳破坏的危险性，因为我们难以提前判断材料的实际疲劳寿命。
3. 疲劳裂纹的形成和扩展疲劳破坏的过程可以分为三个阶段：裂纹的形成、裂纹的扩展和失效。
裂纹的形成是在循环载荷下，由于应力集中或材料内部缺陷等原因，导致微小裂纹的生成。
随着循环荷载的作用，这些裂纹会逐渐扩展，最终导致失效。
4. 疲劳寿命和应力水平的关系疲劳寿命是疲劳破坏的一个重要参数，它表示材料在循环载荷下能够承受的循环次数。
疲劳寿命与应力水平密切相关，一般来说，应力水平越高，疲劳寿命越短。
这是由于高应力容易导致应力集中和裂纹的形成，加速了疲劳破坏的发生。
疲劳破坏的影响因素疲劳破坏受到多种因素的影响，以下是几个主要的影响因素：1. 循环载荷幅值循环载荷幅值是指交替载荷的最大值与最小值之间的差值。
循环载荷幅值的增加会导致疲劳寿命的减小，即材料的抗疲劳性能下降。
2. 周期周期是指循环载荷一个完整循环所经历的时间。
周期的大小对疲劳寿命有很大影响，通常来说，周期越小，疲劳寿命越短。
3. 材料性能材料的性能对疲劳破坏起着重要的影响。
硬度、韧性、强度等材料性能的差异会直接影响材料的抗疲劳性能。
4. 温度和湿度温度和湿度对材料的疲劳特性有一定的影响。
一般来说，高温和潮湿环境会加速疲劳破坏的发生。
材料力学中材料破坏形式
材料力学中材料破坏形式在材料力学的领域中，理解材料的破坏形式是至关重要的。
这不仅有助于我们合理地选择和使用材料，还能为工程设计提供坚实的理论基础，确保结构的安全性和可靠性。
材料的破坏形式多种多样，常见的主要有屈服、断裂、疲劳、蠕变以及磨损等。
屈服是材料在受力作用下产生显著塑性变形的现象。
当外力超过材料的屈服强度时，材料开始发生塑性变形，且这种变形不再是弹性可逆的。
例如，钢材在受到超过其屈服强度的拉力时，会产生明显的伸长和变形。
屈服的发生通常与材料内部的位错运动有关。
位错是晶体中的一种缺陷，在应力作用下，位错会滑移和增殖，导致材料的塑性变形。
断裂则是材料在受力作用下完全分离成两个或多个部分的现象。
断裂可以分为脆性断裂和韧性断裂。
脆性断裂往往没有明显的塑性变形，断裂面较为平整，如玻璃、铸铁等材料在受到冲击时可能会发生脆性断裂。
这是因为这类材料的原子间结合力较强，断裂前能够吸收的能量较少。
而韧性断裂则会伴随较大的塑性变形，断裂面呈现出粗糙的纤维状，像低碳钢等材料通常会发生韧性断裂。
韧性断裂的发生与材料内部的微裂纹扩展和聚合有关。
疲劳破坏是材料在循环载荷作用下发生的破坏。
即使循环载荷的最大值低于材料的屈服强度，但经过一定次数的循环后，材料仍可能发生断裂。
这种破坏形式在机械零件中较为常见，如轴、齿轮等。
疲劳破坏的原因主要是材料内部的微观缺陷在循环应力作用下逐渐扩展，最终导致断裂。
其断裂面通常具有独特的特征，如疲劳源区、疲劳扩展区和瞬断区。
蠕变是材料在高温和恒定载荷作用下，随时间不断发生塑性变形的现象。
例如，在高温环境下工作的蒸汽管道，如果长时间承受恒定压力，可能会因为蠕变而发生变形甚至破裂。
蠕变的发生与材料内部的原子扩散和位错运动有关。
磨损是材料表面在相对运动中因摩擦而逐渐损失的现象。
在机械传动中，如齿轮之间的啮合、轴承与轴颈的接触等，都会产生磨损。
磨损的形式有多种，如粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损等。
磨损不仅会降低零件的精度和使用寿命，还可能导致整个系统的失效。
材料力学性能总结3
2.磨损量的估算：J.F.Archard提出了粘着磨损量 估算方法。
在摩擦副接触处为三向压缩应力状态，其
接触压缩屈服强度近似为单向压缩屈服强度sc
的三倍。
设真实接触面积为A，接触压缩屈服强度为3sc，
作用于表面上的法向力为P 。假定磨屑呈半球 形，直径为d，任一瞬时有n个粘着点，设所有
粘着点的尺寸相同，直径为d，则：
2020/5/4
p
n d 2
4
3 sc
单位滑动距离内的接触点数
N
n d
4p
3scd 3
W
KNV' L
K
4p
3scd 3
2
3
d 2
3
L
K
pL
9 sc
K
pL 3H
接触点半球体积
V
'
2
d
3
3 2
H 3 sc
磨屑形成有个几率问题，几率为K --粘着磨 损系数 ，随压力增大而增加。
二、 表面强化及残余应力的影响
表面热处理及表面化学热处理：
整体加热(低淬透性钢、薄壳件) 利 表面淬火 火焰加热
用组织
相变获得表
感应加热
面强化，可使机
渗碳
件获得表硬心韧的 表面化学热处理
良好综合性能，可利用 组织相变及组织应力、热应
渗氮 碳氮共渗
力的变化，使机件表层获得很 高的强度和残余压应力。
复合强化
铁qf＝0-0.05。 • （铸铁中石墨片尺寸一般大于临界裂纹扩展尺
寸，再有缺口影响不大）
2020/5/4
• 第三节 疲劳裂纹扩展速率 a
及扩展门槛值
ac1
疲劳破坏机理
疲劳破坏机理1、定义材料或构件受到多次重复变化的载荷作用后，即使最大的重复交变应力低于材料的屈服极限，经过一段时间的工作后，最后也会导致破坏，材料或结构的这种破坏就叫做疲劳破坏。
材料科学揭示，由于制造过程中存在不可避免的缺陷，材料中的微裂纹总是存在的，特别是在焊缝处。
这些微裂纹在交变应力作用下扩展和聚合，形成宏观裂纹，宏观裂纹的进一步扩展导致最后的破坏。
疲劳破坏的微观过程是个极其复杂的过程，在宏观上一般来说可分为三个阶段:裂纹的萌生、裂纹的稳定扩展及裂纹的失稳扩展问。
2、疲劳裂纹萌生机理金属材料如果含有缺陷，夹杂物，切口或者其它应力集中源，疲劳裂纹就可能起源于这些地方。
通常将疲劳裂纹的萌生过程称为疲劳裂纹成核。
如果金属材料没有上述各种应力集中源，则裂纹成核往往在构件表面。
因为构件表面应力水平一般比较高，且难免有加工痕迹影响;同时表面区域处于平面应力状态，有利于塑性滑移的进行。
构件在循环载荷作用下经过一定次数应力循环之后，先在部分晶粒的局部出现短而细的滑移线，并呈现相继错动的滑移台阶，又由于往复滑移在表面上形成缺口或突起而产生应力集中。
随着循环次数增加，在原滑移线时近又会出现新滑移线逐渐形成较宽的滑移带，进一步增加应力循环次数，滑移带尺寸及数量均明显增加，疲劳裂纹就在这此滑移量大的滑移中产生。
这些滑移带称为驻留滑移带，标志裂纹在表面形成。
在大量滑移带中，由于原滑移所引起在表面有挤出和侵入槽的出现。
从而在表面下留下相应的空洞成为裂纹源。
随着循环次数提高和应力集中的加剧，会使空洞扩连形成新的较大空洞。
3、疲劳裂纹扩展机理疲劳裂纹在表面处成核，是由最大剪应力控制的，这些微裂纹在最大剪应力方向上。
在单轴加载条件下，微裂纹与加载方向大致呈45 度方向。
在循环载荷的继续作用下，这些微裂纹进一步扩展或互相连接。
其中大多数微裂纹很快就停止扩展，只有少数几条微裂纹能达到几十微米的长度。
此后逐渐偏离原来的方向，形成一条主裂纹而趋向于转变到垂直于加载方向的平面（最大拉应力面）内扩展。
材料力学疲劳破坏
对称循环的疲劳曲线， 是材料的持久极限； 对称循环的疲劳曲线，σ-1是材料的持久极限；
在对称循环下， 在对称循环下，影响持久极限因素
1.构件外形突然变化 构件外形突然变化
扭转有效应力集中系数
应力集中系数 (σ-1)d和(τ-1)d表示光滑试样的持久有限；(σ-1)K和(τ-1)K表示有应力集中的 表示光滑试样的持久有限； 相同尺寸试样的持久极限； 的值都大于1。 相同尺寸试样的持久极限；Kσ和Kτ的值都大于 。 2.构件尺寸 构件尺寸 尺寸系数
交变应力
基 本 概 念
1.交变应力 交变应力
P n
n
应力随时间作周期性的变化
其中T表示应力变化周期 其中 表示应力变化周期 2.应力-时间曲线的几个参数 2.应力-时间曲线的几个参数 应力 （1）平均应力：最大应力和最小应力代数和的二分之一； ）平均应力：最大应力和最小应力代数和的二分之一；
（2）应力幅度：最大应力和最小应力代数差的二分之一； ）应力幅度：最大应力和最小应力代数差的二分之一；
(σ-1)d和(τ-1)d表示光滑大试样的持久有限；σ-1和τ-1表示光滑小试样的持久极限； 表示光滑大试样的持久有限； 表示光滑小试样的持久极限； εσ和ετ的值都小于 。 的值都小于1。 3.构件表面质量 构件表面质量 表面质量系数 (σ-1)d表示表面磨光试样的持久有限；(σ-1)β表示其它表面加工情况试样的持久极限； 表示表面磨光试样的持久有限； 表示其它表面加工情况试样的持久极限； β的值小于 。 的值小于1。 的值小于
（3）循环特性：最小应力与最大应力的比值 ）循环特性：
对称循环
脉动循环
静应力
3.疲劳破坏 疲劳破坏 工作应力在低于强度极限甚至屈服极限的情况下，突然发生脆性断裂； 工作应力在低于强度极限甚至屈服极限的情况下，突然发生脆性断裂；
疲劳破坏产生的条件,疲劳断裂过程
疲劳破坏产生的条件,疲劳断裂过程一、疲劳破坏产生的条件疲劳破坏是材料在交变应力作用下，在应力远低于其静态强度极限下，由于交变应力的作用而引起的破坏现象。
在工程材料中，由于外力交变作用引起的疲劳破坏是一种常见的破坏形式。
疲劳破坏产生的条件主要包括：交变应力和循环次数。
1. 交变应力：材料在外力作用下，会产生应力。
当外力是交变应力时，材料内部会产生周期性的应力变化，这种交变应力会导致材料疲劳破坏的产生。
交变应力的大小和频率直接影响着材料的疲劳寿命，如果交变应力的幅值过大或频率过高，就会加速材料的疲劳破坏过程。
2. 循环次数：材料在外力作用下，经历了多个循环过程，每个循环过程都会对材料产生一定的影响。
当循环次数达到一定数量级时，材料就会发生疲劳破坏。
循环次数也是造成材料疲劳破坏的重要条件之一。
二、疲劳断裂过程疲劳断裂是由于材料在受到交变应力作用下，经历了很多次的应力循环后，最终导致材料断裂的现象。
疲劳断裂过程主要包括疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展和终期疲劳断裂三个阶段。
1. 疲劳裂纹萌生：在外力作用下，材料表面会逐渐出现微小的裂纹，这些微小的裂纹称为疲劳裂纹。
这些裂纹通常在材料表面的晶界、夹杂物的周围或应力集中的区域产生。
疲劳裂纹的萌生是疲劳断裂的起始阶段，也是疲劳破坏的先导阶段。
2. 疲劳裂纹扩展：一旦疲劳裂纹产生，它们会随着应力的循环不断扩展。
每个循环过程都会使裂纹的长度增加，最终导致了材料的疲劳断裂。
在这个阶段，裂纹的扩展速度通常会随着循环次数的增加而逐渐加快。
3. 终期疲劳断裂：当裂纹扩展到一定长度时，材料就会发生终期疲劳断裂。
在这个阶段，材料的剩余截面积已经无法承受外力的作用，最终导致了材料的断裂。
终期疲劳断裂是疲劳破坏的最终阶段，也是材料的寿命终结阶段。
个人观点和理解对于疲劳破坏产生的条件和疲劳断裂过程，我认为在材料设计和工程应用中，我们需要仔细考虑外力的交变作用和循环次数对材料的影响，选择合适的材料和工艺，以延长材料的疲劳寿命。
材料力学第15章 疲劳
试样断裂前的应力循环次数即为试样转数，其值可由计数器读出。
图15.8 15.3.2应力-寿命曲线（S-N曲线） 试验时，使第一根试样的最大应力σ max,1较高，约为强度极限σ b的70%。 经历N1循环后，试样断裂N1称为应力σ max,1时的疲劳寿命，也称寿命。然 后，使第二根试样的应力σ max,2略低于第一根，它的寿命为N2。一般来说 ，随着应力水平的降低，疲劳寿命（导致疲劳失效的循环次数）迅速增加。 逐步降低了应力水平，得出与各应力水平相应的寿命。以σ 应力为纵坐标，
变应力中的最小应力等于零σ min=0，则r=0，称为脉动循环交变应力，如图
15.7（b）所示。若σ max，σ min同号，则r>0，这样的应力循环为同号应力
循环; 反之，r<0为异号应力循环。构件在静应力状态下，各点处的应力保 持恒定，即σ max=σ min，若将静应力视作交变应力的一种特例，则其循环 特征为：r=1（见图15.7（b））。
③构件断裂。裂纹的扩展使构件截面逐渐削弱，削弱到一）为疲劳破坏后的断口照片，断口表面可明显区分为光滑区与粗 糙区两部分（图15.5（b））。因为在裂纹的扩展过程中，裂纹的两个侧面 在交变应力的作用下，时而压紧时而分离，多次反复研磨，就形成了断口的 光滑区。而呈颗粒状的断口粗糙区则是最后突然断裂形成的。
陷处，易形成局部的高应力区，在长期的应力循环下，高应力区萌生细微裂 纹最终导致构件发生疲劳破坏。疲劳破坏的图15.4 过程一般可分为以下几 个阶段： ①裂纹萌生。在构件外形突变或有表面刻痕或有材料内部缺陷等部位，都可 能产生应力集中引起微观裂纹。对常见的金属疲劳而言，一般认为，在足够 大的交变应力下，金属中位置最不利或较弱的晶体，沿最大切应力作用面形 成滑移带，滑移带开裂成为微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通，将形 成宏观裂纹（见图15.4）。 ②裂纹扩展。已形成的宏观裂纹在交变应力下逐渐扩展，扩展是缓慢和不连 续的，因应力水平的高低时而持续时而停滞。
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平均应力σm和应力幅 σa
m
1 2
(
m
ax
min )
a
1 2
(
m
ax
min )
业务推广部
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交变应力分类
1. 对称循环交变应力 r=-1
2. 非对称循环交变应 力r≠-1
• 脉动循环交变应 力r=0
3. 静应力（静载荷）
r=1
σmax(任何交变应力）
=σm（静应力业务）推广+部σa（对称循环应力）
业务推广部
5
A
My I
Mr I
sin t
车轴每旋转一周，A点的应力就重复变化一次，
称为一个应力循环，随着车轴的不停地旋转，
应力作周期性业的务推变广部化。
6
单向传动的啮合齿轮根部的弯曲正应力循环 特性
业务推广部
7
疲劳——材料对交变应力抵 抗力下降的现象。
疲劳破坏——在交变应力作 用下构件发生的破坏
据统计，在机械零件失 效中有80%以上属于疲劳 破坏。
疲劳破坏发生的断面称为疲劳断口，
是分析疲劳类型，判断疲劳事故原因的
特征区域。
业务推广部
8
疲劳破坏特点
交变应力引起的疲劳失效
与静应力引起的强度失效有本 质的区别：
1.疲劳破坏是构件在工作 应力低于强度极限，甚至低于 屈服极限的情况下突然发生的 断裂，往往具有突发性。
2.塑性材料构件也呈脆性断裂，即使塑性 性能很好的材料在断裂前也无明显的塑性变 形。
业务推广部
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3. 构件的疲劳破坏断口 上有两个明显区域：光滑区与 粗糙区，其中粗糙区又称为瞬 断区，断口呈颗粒状。
疲劳破坏有裂纹的发生、扩 展和断裂三个部分。
裂纹产生的位置称为疲劳源 或裂纹源。
裂纹扩展但未断裂的区域称 为扩展区，通常对应光滑区。
法提高表面强度、提高表面质量系数，达到提
高疲劳强度的效果。但要严格控制工艺过程，
避免在提高表面层强度的同时，产生损伤表面、
降低疲劳强度业务的推广事部 故。
40
作业 习题： p441 21-1(b) 、 21-4
业务推广部
41
15
§10-3 材料的疲劳极限
在交变载荷作用下工作的构件存在一个 能继续工作多长时间的问题，称为疲劳寿命。
研究疲劳寿命的主要方法有：
•应力-寿命法。S-N法。 •应变-寿命法。-N法。 •断裂力学法。
S-N法是主要方法，要求零件有无限寿 命或很长寿命。适用于低应力幅。
疲劳极限或持久极限
——试件可经无限次应力循环而不发生疲劳
裂纹断裂的区域称为断裂区
，通常对应粗糙区。
业务推广部
10
疲劳破坏的过程：
一般认为是：当交变应力大 小超过一定限度，在构件中应 力为最大处或材料有缺陷处， 材料经过应力多次交替变化后， 首先产生细微裂纹源。
这种裂纹随着应力循环次数的增多而逐 步扩展。在此扩展过程中，随着应力交替地 变化，裂纹两边的材料时分时合，并互相研 磨，因而形成断面的光滑区域。
主讲教师：李林安
业务推广部
1
答疑地点:
16 教 学 楼 一 层 西 侧 12联0系电话:27406912
Email: lali@
业务推广部
2
疲劳破坏
• 交变载荷下材料的 疲劳破坏
业务推广部
3
问题
1、什么是疲劳破坏？有何特征？ 2、循环特征、疲劳极限？ 3、影响疲劳极限的因素有哪些？
破坏，交变应业务力推广最部 大值
16
疲劳极限测定方法： 疲劳寿命N 对称循环条件下，疲劳极限值记为σ-1
应力—疲劳寿命曲线含义：
σmax >σ-1,试件经历有 限次循环就破坏
•σmax <σ-1,试件经 历无限次循环而不 发生破坏 •σmax =σ-1,r=-1时 材料的疲劳极限
业务推广部
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一般地，N0=107
“条件”疲劳极限 ——对于有色金属曲线无明显趋近于水平直 线，这时可以规定一个循环次数N0=107
实践证明：疲劳极限σ-1与材料的抗拉强度有 一定关系。如：
•对于钢， σ-1约为0.5 σb 。 •对于灰铸铁， σ-1约为0.42 σb 。 •对于球墨铸铁， σ-1约为0.48 σb 。 •对于铝合金， σ-1约为0.3~ 0.35 σb 。
影响构件疲劳极限的因素 • 应力集中 • 构件尺寸 • 构件表面加工质量
业务推广部
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1、构件外形的影响
由于结构与工艺的要求，工程构件的形状 与光滑试件有很大的差异，如传动轴上会有键 槽、轴肩、横孔等。构件此种外形的变化，将 会引起应力集中，在应力集中的局部区域较易 形成疲劳裂纹，使构件的疲劳极限显著低于材 料的疲劳极限 。
业务推广部
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构件的疲劳极限 0 1 对于对称循环，若材料的疲劳极限为1
则构件的疲劳极 限
0 1
1
K
1
k
上式中Kσ（ Kτ ）是综合影响系数。在综合 影响系数中考虑的因素有构件形状，尺寸及
表面质量等
K
k
业务推广部
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§10-5 对称循环疲劳强度设计
疲劳强度条件也可以用安全系数
表示
n
0 1
业务推广部
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测定疲劳破坏应力的试验称为耐久性试验 旋转弯曲疲劳试验机
max Mmax
min
W 业务推广部
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耐久性试验包括： •拉压。 •弯曲 •扭转
实践证明：弯曲疲劳极限（σ-1）b、扭转 疲劳极限-1以及拉压疲劳极限σ-1之间有如下 近似线性关系。 •对于钢， （σ-1）b=0.85σ-1。 -1 =0.55σ-1。 •对铸铁， （σ-1）b=0.65σ-1。 -1 =0.90σ-1。
有效应力集中系数k
光滑试件的疲劳极限 1 同尺寸、 有应力集中试件的疲劳极限
1
业务推广部
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有效应力集中系数
业务推广部拉压时
24
业务推广部 扭转时
25
弯曲时
业务推广部
26
业务推广部
27
业务推广部
28
2、构件尺寸的影响 试验表明，尺寸增大将导致疲劳极限降低
尺寸影响系数
大尺寸光滑试件的疲劳极限 1 标准小尺寸光滑试件的疲劳极限 1
12
疲劳破坏过程
1. 疲劳裂纹形 成（萌生、 成核）阶段
2. 裂纹扩展阶 段
• 微观裂纹 扩展阶段
• 宏观裂纹 扩展阶段
3. 脆性断裂阶业务推广部
13
§10-2 交变应力的要 素
应力循环周期T——一个周期变化所需要的时间 最大应力σmax 、最小应力σmin
循环特征（应力比或 循环特性）
r min max
业务推广部
4
§10-1 交变应力的概念
在工程中，有许多构件在工作时出现随时间 作交替变化的应力，这种应力称为交变应力。
构件产生交变应力的 有原的因是由于载荷的大小、方向或位置随时间作 交替的变化；有的虽然载荷不随时间而改变， 但构件本身在旋转。
火车轮轴就属于后一种情况，下面以车轴为例 来分析应力随时间作交替变化的过程。
面尺寸的过渡处（如阶梯轴的轴肩处），要
采用半径尽可能大的过渡圆角。如果由于结
构上的原因，无法加大过渡圆角半径时，须
在直径较大的轴段上加开减荷槽或退刀槽。
在紧配合的轮毂与轴的配合边缘处，通常会
产生较大的应力集中，此时也应在轮毂上开
减荷槽，并将业务配推广合部轴径适当加粗。
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业务推广部
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利用间隔环加大过渡圆 弧
max
1 K max
1 k max
n
n
0 1
max
1 K max
1 k max
n
构件疲劳强度计算的三类问题
1. 疲劳强度校核，
2. 截面设计
3. 许用载业务荷推广计部 算
36
§10-6 、 提高构件疲劳强度的措 施
一、降低应力集
为中了降低构件的应力集中，构件的形状设计
中要尽量避免出现带有尖角的孔和槽。在截
力流线
卸荷槽，退刀 槽
业务推广部
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二、提高表面质 量 1.降低构件表面的粗糙度。疲劳强度要求 较高的构件，应设法降低其表面的粗糙度，使 具有较高的光洁度，对高强度钢尤其如此，此 外在装配及使用过程中，也应严防对构件表面 的机械损伤或化学损伤。
2.提高表面层的强度。前已述及，对于工
作应力较大的表面，宜采用某些工艺措施，设
1
业务推广部
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业务推广部
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业务推广部
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3、构件表面加工质量的影响
不同的表面加工质量也会对构件的疲劳极 限产生影响。一般说来，构件表面质量较好时， 其疲劳极限较高；反之，疲劳极限较低。
表面质量影响系数
不同表面质量试件的疲劳极限
表面磨光试件的疲劳极限 1
业务推广部
32业务推广部33源自除上述三种影响因素之外， 还有一些因素对构件的疲劳极限 也有影响，如腐蚀、高温等。这 些因素的影响，也可引用一些修 正系数予以考虑，其数值可以由 设计手册中查到
业务推广部
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同一种基本变形形式下的持久极限以对称 循环是的持久极限为最低。
所以，以对 称循环交变 应力下的持 久极限作为 材料在交变 应力下的主 要强度指标。
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疲劳图线
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§10-4 构件的疲劳极限
在实验测定材料疲劳极限的基础上，将构 件的形状、尺寸及表面加工质量等因素的影响 分别独立地以系数的形式修正材料的疲劳极限， 得到构件的疲劳极限。
通常光滑区域上还有疏密不等的贝壳状条
纹。称为疲劳业务裂推广纹部 前沿线。