材料有限寿命区内任意循环次数的疲劳强度极限

材料的力学性能——循环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称为疲劳。

统计分析显示，在机械失效总数中，疲劳失效占80％以上。

研究材料在变动载荷作用下的力学响应、裂纹萌生和扩展特性。

评定工程材料的疲劳抗力、工程结构部件的抗疲劳设计、评估构件的疲劳寿命以及寻求改善工程材料的疲劳抗力的途径等。

变动载荷及其描述参量变动载荷：指载荷大小或大小和方向随时间按一定规律呈周期性变化或无规则随机变化的载荷，前者称为周期变动载荷或循环载荷，后者称为随机变动载荷。

实际机器部件承受的载荷一般多属随机变动载荷。

为简化分析和评定工程材料的疲劳特性，主要还是针对循环载荷，对材料(以金属材料为主)在循环载荷作用下的行为特征、损伤规律进行评定。

循环载荷的应力－时间关系如图。

其特征和描述参量有：波形、最大最小应力、平均应力、应力比和加载频率。

波形：通常以正弦曲线为主，其他有三角波、梯形波等。

最大应力σmax和最小应力σmin。

平均应力σm和应力半幅σs：σm＝(σmax+ σmin)/2σs= (σmax- σmin)/2应力比R：循环的不对称程度。

R＝σmin/σmaxR＝-1为对称循环，其他为非对称循环。

加载频率f：以Hz表示。

疲劳破坏特征1.它是一种“潜藏”的失效方式，在静载下无论显示脆性与否，在疲劳断裂时都不会产生明显的塑性变形，断裂常常是突发性的，没有预兆。

2.由于构件上不可避免地存在某些缺陷(特别是表面缺陷，如缺口、沟槽等)，因而可能在名义应力不高的情况下，由局部应力集中而形成裂纹。

3.随着加载循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至剩余截面不能再承担负荷而突然断裂。

实际构件的疲劳破坏过程总可以明显地分出裂纹萌生、裂纹扩展和最终断裂三个阶段。

疲劳破坏断口形式疲劳断口的形式取决于负荷的类型(弯曲、扭转或拉压)以及应力水平和应力集中的程度。

以轴类零件承受旋转为例，其断口有四种典型类型，它与所施加的应力水平和源区的数目有关。

金属疲劳极限金属疲劳极限是指金属材料在循环加载下，经过一定次数的循环变形后，出现裂纹并最终断裂的应力水平。

金属疲劳极限是衡量金属材料耐久性的一个重要指标，对于工程设计和结构安全具有重要意义。

金属材料在循环加载下会发生疲劳断裂，这是因为金属内部存在微小的缺陷和夹杂物，这些缺陷和夹杂物会在循环加载下逐渐扩展，最终导致裂纹的形成和扩展。

当裂纹达到一定长度时，金属材料就会发生断裂。

金属疲劳极限是指在一定应力水平下，经过一定次数的循环加载，金属材料刚好发生断裂的应力值。

金属疲劳极限的确定是通过试验的方式进行的。

试验时，首先制备出一系列的试样，在不同的应力水平下进行循环加载，记录下每次加载的次数和应力值。

然后观察试样是否发生裂纹和断裂，并记录下断裂时的应力值。

通过绘制应力-循环次数曲线，可以得到金属疲劳极限。

金属疲劳极限的确定对于工程设计和结构安全具有重要意义。

在工程设计中，需要根据金属材料的疲劳极限来确定结构的安全系数和使用寿命。

如果结构的应力超过了金属的疲劳极限，就有可能发生疲劳断裂，导致结构的失效。

因此，在工程设计中需要合理选择金属材料，并对结构进行疲劳分析，以确保结构的安全可靠。

在实际工程中，还需要考虑金属材料的应力集中问题。

应力集中是指在结构中存在的应力集中区域，这些区域的应力水平会远远高于其他区域。

应力集中是导致金属疲劳破坏的主要原因之一，因此在工程设计中需要避免应力集中，合理设计结构形状，以降低疲劳破坏的风险。

金属材料的疲劳极限还受到一些外界因素的影响。

例如温度、湿度、腐蚀等因素都会对金属材料的疲劳性能产生影响。

在实际工程中，需要考虑这些因素，并进行相应的控制和预防措施，以确保结构的安全可靠。

金属疲劳极限是金属材料耐久性的一个重要指标，对于工程设计和结构安全具有重要意义。

通过试验的方式可以确定金属的疲劳极限，并在工程设计中进行合理选择和使用。

在实际工程中，还需要考虑应力集中和外界因素对金属材料的影响，并采取相应的控制和预防措施。

1第三章 机械零件的强度一．静应力及其极限应力：1．静应力： 在使用期内恒定或变化次数很少（＜103次）的应力。

2．极限应力σlim： 静应力作用下的σlim取决于材料性质。

1）塑性材料： σlim =σs （屈服极限）2）脆性材料： σlim=σB (强度极限)3．静强度准则： σ≤σlim/S （S —静强度安全系数）-10max§３－１ 材料的疲劳特性：1．材料的疲劳特性：可用最大应力σmax、应力循环次数N和应力比r表示。

2．材料疲劳特性的确定：用实验测定，实验方法是：1）在材料标准试件上加上一定应力比的等幅变应力，应力比通常为：r=-1或r=02）记录不同最大应力σmax下试件破坏前经历的循环次数N，并绘出疲劳曲线。

3．材料的疲劳特性曲线：有二种1）σ—N疲劳曲线：即一定应力比r下最大应力σmax与应力循环次数N的关系曲线2）等寿命曲线：即一定应力循环次数N下应力幅σa 与平均应力σm的关系曲线2）C点对应的N约为：NC≈1043）这一阶段的疲劳称为应变疲劳或低周疲劳4、CD段：有限寿命疲劳阶段。

试件经历一定的循环次数N后会疲劳破坏实验表明，有限疲劳寿命σrN与相应的循环次数N之间有如下关系：23σm rN ·N = C ( N ≤N D ) （3-1）5、D 点以后： 无限寿命疲劳阶段。

1）无论经历多少次应力循环都不会疲劳破坏。

2）D 点对应的循环次数N 约为：N D =106～25×107 3）D 点对应的应力记为：σr ∞—— 叫持久疲劳极限。

σrN =σr∞( N ＞N D ) （3-2）4）循环基数N O 和疲劳极限σrN D 很大，疲劳试验很费时，为方便起见，常用人为规定一个循环次数N O （称 为循环基数）和与之对应的疲劳极限σrNo（简记为σr ）近似代替N D 和σr ∞6、有限寿命疲劳极限σrN ： 按式（3-1）应有： σm rN·N = σm r ·N O = C （3-1a ）于是：K N ──寿命系数m, N O ──1）钢材（材料）： m = 6～20 ， N O =（1～10）×106 2）中等尺寸零件： m = 9 ， N O = 5×106 3）大尺寸零件： m = 9 ， N O = 107 注： 高周疲劳——曲线CD 及D 点以后的疲劳称作高周疲劳二、等寿命疲劳曲线 图3-2等寿命疲劳曲线——一定循环次数下的疲劳极限的特性。

疲劳载荷限值疲劳载荷限值引言疲劳载荷限值是指材料在经过多次循环载荷作用后发生裂纹的最大载荷值。

在工程设计中，疲劳载荷限值是一个非常重要的参数，它直接影响着机械零件的寿命和安全性能。

一、疲劳载荷的基本概念1.1 疲劳现象当机械零件在长时间内受到交替应力作用时，会发生一种特殊的损伤形式，即疲劳现象。

这种损伤形式与静态应力下的断裂不同，它是由于应力交替引起材料内部微小裂纹不断扩展而导致的。

1.2 疲劳寿命疲劳寿命是指在给定的应力水平下，机械零件能够承受多少个循环载荷周期后发生裂纹或失效。

通常情况下，疲劳寿命与应力水平成反比关系。

1.3 疲劳极限当机械零件在经过无数次循环载荷后，最终发生完全失效时所承受的最大应力水平，称为疲劳极限。

疲劳极限是材料的一个重要指标，它决定了机械零件在长期使用中的安全性能。

二、疲劳载荷限值的测定方法2.1 疲劳试验法疲劳试验法是目前最常用的测定疲劳载荷限值的方法。

该方法需要使用专门的疲劳试验机进行实验，通过对不同应力水平下机械零件进行多次循环载荷，观察其失效情况来确定其疲劳载荷限值。

2.2 等效应力法等效应力法是一种常用的计算疲劳载荷限值的方法。

该方法根据材料在不同应力状态下产生相同损伤所需要承受的等效应力大小来计算其疲劳载荷限值。

三、影响疲劳载荷限值的因素3.1 材料性质材料的强度、韧性、硬度等性质都会直接影响其疲劳载荷限值。

一般来说，强度高、韧性好、硬度适中的材料具有较高的疲劳载荷限值。

3.2 应力水平应力水平是影响疲劳载荷限值的另一个重要因素。

通常情况下，应力水平越高，机械零件的疲劳寿命越短，疲劳载荷限值也越低。

3.3 循环次数循环次数是指机械零件在给定应力水平下所能承受的循环载荷次数。

一般来说，循环次数越多，机械零件的疲劳寿命越短，疲劳载荷限值也越低。

四、常见材料的疲劳载荷限值4.1 钢材不同种类的钢材具有不同的疲劳载荷限值。

一般来说，强度高、韧性好的钢材具有较高的疲劳载荷限值。