疲勞斷裂機(jī)理和對(duì)策

1、疲勞斷裂機(jī)理及對(duì)策,斷裂力學(xué)基本概念 疲勞斷裂機(jī)理 抗疲勞對(duì)策,脆性材料和韌性材料,脆性：指材料受到外力時(shí)，其內(nèi)部容易產(chǎn)生裂紋并破壞的性質(zhì) 韌性：塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力 ，通過變形松弛應(yīng)力，重新分布,彈性(Elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性。塑性(Plasticity)：固體金屬在外力作用下能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力 屈服(Yielding)：開始產(chǎn)生塑性變形的臨界狀態(tài)損傷(D

2、amage)：材料內(nèi)部缺陷產(chǎn)生及發(fā)展的過程斷裂(Fracture)：宏觀裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展到變形體破斷的過程,材料的幾個(gè)基本概念,強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力剛性：構(gòu)件抵抗變形的能力,材料變形過程,以單向拉伸為例說明彈塑性變形過程與特點(diǎn)。金屬變形分為彈性、塑性變形、破裂三個(gè)階段。,材料特性指標(biāo),E-彈性模量（抗壓）G-抗剪模量u-泊松比,金屬試樣斷裂形式,脆性材料尺度小,,傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法,傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法通常以設(shè)定最大載荷下計(jì)算材料受

3、力狀態(tài)（拉伸，壓縮或剪切），以材料屈服強(qiáng)度（或剪切強(qiáng)度）校核，并設(shè)定安全系數(shù)（如1.5，4）作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。,傳統(tǒng)的強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)弊端,斷裂力學(xué)基本概念,構(gòu)件斷裂破壞原因主要為： 低應(yīng)力條件下造成裂紋擴(kuò)展直至斷裂 應(yīng)力腐蝕（應(yīng)力和腐蝕作用）產(chǎn)生裂紋及擴(kuò)張，造成構(gòu)件強(qiáng)度不足 實(shí)際構(gòu)件應(yīng)用中只有極少量構(gòu)件斷裂或破損由于強(qiáng)度不足造成塑形變形或脆性斷裂,斷裂力學(xué)即以裂紋形成，發(fā)展，擴(kuò)充，直至斷裂過程為研究對(duì)象的學(xué)科,疲勞斷裂過程，

4、圖片,疲勞斷裂機(jī)理-裂紋,疲勞斷裂機(jī)理-裂紋,疲勞斷裂過程,疲勞斷裂機(jī)理-缺陷形成,1 裂尖位錯(cuò)發(fā)射和斷裂位錯(cuò) 2 晶體疲勞和晶界 3 脆性材料微小裂紋擴(kuò)展 4 變形和損傷,疲勞斷裂機(jī)理-材料缺陷和裂紋,疲勞斷裂機(jī)理-微觀缺陷,位錯(cuò)和晶界缺陷,晶界缺陷,晶體缺陷-位錯(cuò),1.材料雜質(zhì)，孔洞，切口等2.加工過程形成的微小裂紋3.構(gòu)件幾何特征（尖角，臺(tái)階）引起的加工過程造成的殘留內(nèi)應(yīng)力集中，釋放后形成應(yīng)變（缺陷）4.構(gòu)件存在的臺(tái)階

5、斷差等在負(fù)載下的材料應(yīng)力突變,疲勞斷裂機(jī)理-宏觀缺陷,裂紋擴(kuò)展,在交變應(yīng)力或脈沖應(yīng)力作用下，裂紋擴(kuò)展--疲勞斷裂定義。幅度越大，頻率越大則擴(kuò)展速度越快,交變力（應(yīng)變）和脈沖力（應(yīng)變）,交變力,脈沖力,如循環(huán)受到拉/壓力,如循環(huán)受到壓力*由某個(gè)正值減小為零的循環(huán),**彎矩/扭曲也適用,抗疲勞對(duì)策,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料選用加工過程后處理構(gòu)件加載狀態(tài),基于以上斷裂分析，工程應(yīng)用中為提高疲勞壽命，通過減少裂紋數(shù)量，裂紋大小程度及減緩裂紋擴(kuò)展

6、速度進(jìn)行對(duì)策,,抗疲勞對(duì)策--結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),避免尖銳形狀，適當(dāng)增大過渡圓弧減少尺寸梯度原因：可減緩應(yīng)力梯度有利于減少加工過程造成的裂紋缺陷,優(yōu),優(yōu),抗疲勞對(duì)策--材料選用,適用條件下選用屈服強(qiáng)度低（塑形好）的材料原因：屈服強(qiáng)度指標(biāo)低反應(yīng)材料晶體缺陷（位錯(cuò)）少，晶界裂紋少,抗疲勞對(duì)策--加工過程,避免加工過程中造成微小裂紋或晶體位錯(cuò)增加切削加工采用鋒利刃具，小進(jìn)給量，恰當(dāng)?shù)臒崃總鬟f等措施，可減少加工過程的裂紋熱加工（熱

7、鍛）及熱處理過程的微小裂紋或晶體位錯(cuò)控制,抗疲勞對(duì)策-- 加工后處理,減少或消除表面受力部位微小裂紋（拋光，涂覆等）表面強(qiáng)化（如噴丸處理）細(xì)化材料晶粒或熱變形處理改變晶體組織,抗疲勞對(duì)策--加載（使用）,減小交變應(yīng)力或脈沖應(yīng)力幅度，頻率如下的疲勞過程：疲勞源，裂紋萌生，早期擴(kuò)展區(qū)，快速擴(kuò)展區(qū)，剪切斷裂區(qū)，最后斷裂區(qū)，因此限制早期擴(kuò)展（如定期保養(yǎng)）有助于提高整體壽命及保障安全,謝 謝！,放映結(jié)束 感謝各位批評(píng)指導(dǎo)！,讓我們共同進(jìn)步