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材料疲劳预测方法——S-N曲线

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结构的失效形式有多种,其中当结构在长期循环载荷作用下会出现的失效称为疲劳。疲劳会影响结构的使用寿命,所以在实际进行设计时应尽量避免这种情况发生。

疲劳适用范围      
   

材料疲劳时一般会有裂纹产生,裂纹主要有三个阶段:

1)萌生;裂纹萌生是指材料在多次循环载荷作用下,在微观状态下发生损伤;

2)扩展;裂纹扩展是指裂纹在不断增长;

3)断裂;裂纹无法继续承受峰值载荷的作用,断裂发生。

2和3两个阶段通常属于断裂力学,疲劳主要适用于第1个阶段。


 裂纹的三个阶段 


疲劳分类      
   

根据载荷循环的次数,一般将疲劳分为低周疲劳和高周疲劳,两者之间并没有明显的界定,一般以数万次循环来区分。

高周疲劳情况下,材料的应力较低,因此应力-应变关系可认为是线弹性的。低周疲劳会含有一些非线性,材料应力-应变关系呈现滞回特性。


疲劳预测方法      
   

对于疲劳的预测较为经典的就是S-N曲线,N代表材料失效前所经历的的循环次数(寿命),S表示单轴加载的应力幅值。若两坐标都取log10,则曲线大致呈直线。S-N曲线后半段有水平段,这表示存在疲劳极限,即当材料所受应力幅值低于某一应力阈值时,无论施加多少次循环载荷材料都不会发生疲劳破坏,使用寿命无限长。


 S-N曲线 


提升材料疲劳强度方法      
   

1)可以设计合理的结构外形。如避免截面的较大改变;

2)提高加工质量。如精加工;

3)提高表面强度。如对金属材料进行喷丸等。


素材来源于网络

来源:国高材分析测试中心
疲劳断裂非线性裂纹材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-03-06
最近编辑:11小时前
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