1、TSINGHUA UNIVERSITY 范欽珊教育教學工作室 FAN QinFAN Qin-Shan-Shan s Education & Teaching Studios Education & Teaching Studio 返回總目錄返回總目錄返回總目錄返回總目錄TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 結 構 的 構 件 或 機 械 、 儀 表 的 零 部 件 在 交 變 應 力結 構 的 構 件 或 機 械 、 儀 表 的 零 部 件 在 交 變 應 力（alternative stress）作

2、用下發生的失效，稱為疲勞失效，簡作用下發生的失效，稱為疲勞失效，簡稱為疲勞稱為疲勞（fatigue）。對于礦山、冶金、動力、運輸機械以及。對于礦山、冶金、動力、運輸機械以及航空航天等工業部門，疲勞是零件或構件的主要失效形式。統航空航天等工業部門，疲勞是零件或構件的主要失效形式。統計結果表明，在各種機械的斷裂事故中，大約有計結果表明，在各種機械的斷裂事故中，大約有 8080以上是以上是由于疲勞失效引起的。因此，對于承受交變應力的設備，疲勞由于疲勞失效引起的。因此，對于承受交變應力的設備，疲勞分析在設計中占有重要的地位。分析在設計中占有重要的地位。 疲勞強度已從經典的無限壽命設計發展到現代的有限壽

3、命疲勞強度已從經典的無限壽命設計發展到現代的有限壽命設計和可靠性分析。累積損傷理論為解決疲勞壽命問題提供了設計和可靠性分析。累積損傷理論為解決疲勞壽命問題提供了重要基礎及工程計算方法。零件、構件以至設備的壽命、可靠重要基礎及工程計算方法。零件、構件以至設備的壽命、可靠性等已成為國內外市場上產品競爭的重要指標。性等已成為國內外市場上產品競爭的重要指標。 這一部分的主要內容包括：疲勞失效的主要特征與失效原這一部分的主要內容包括：疲勞失效的主要特征與失效原因簡述；疲勞極限及其影響因素；線性累積損傷理論以及有限因簡述；疲勞極限及其影響因素；線性累積損傷理論以及有限壽命和無限壽命的疲勞強度設計方法等。壽

4、命和無限壽命的疲勞強度設計方法等。 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 疲勞失效特征與失效原因分析疲勞失效特征與失效原因分析 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 承受交變應力

5、作用的構件或零部件，大部分都在規承受交變應力作用的構件或零部件，大部分都在規則或不規則變化的應力作用下工作。則或不規則變化的應力作用下工作。 tttTSINGHUA UNIVERSITY最大應力最大應力最小應力最小應力平均應力平均應力應力幅值應力幅值TSINGHUA UNIVERSITY應力循環應力循環TSINGHUA UNIVERSITYmaxminSSr maxminSSminmaxSSr minmaxnSSTSINGHUA UNIVERSITY對稱循環對稱循環應力比應力比 r = 1 的應力循環。的應力循環。TSINGHUA UNIVERSITY脈沖循環脈沖循環應力比應力比 r = 0

6、的應力循環。的應力循環。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 疲勞失效特征與失效原因分析疲勞失效特征與失效原因分析 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY同一疲勞斷口，同一疲勞斷口，一般都有明顯的光一般都有明顯的光滑區域和顆粒狀區滑區域和顆粒狀區域。域。光滑區域光滑區域顆粒狀區域顆粒狀區域TSINGHUA UNIVERSITY晶粒晶粒裂紋擴展路徑裂紋擴展路徑TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSING

7、HUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY疲勞試樣疲勞試樣TSINGHUA UNIVERSITY疲勞試驗裝置疲勞試驗裝置TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY應力應力-壽命曲線壽命曲線TSINGHUA UNIVERSITYO每一應力水平只有一個試樣的數據每一應力水平只有一個試樣的數據TSINGHUA UNIVERSITYO每一應力水平有一組試樣的

8、數據每一應力水平有一組試樣的數據TSINGHUA UNIVERSITYOO每一應力水平有每一應力水平有一組試樣的數據一組試樣的數據每一應力水平只有每一應力水平只有 一個試樣的數據一個試樣的數據兩種試驗的應力兩種試驗的應力-壽命曲線壽命曲線TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA U

9、NIVERSITY 零件尺寸的影響零件尺寸的影響尺寸因數尺寸因數 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 表面加工質量的影響表面加工質量的影響 表面質量因數表面質量因數 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 等幅對稱應力循環下的工作安全因數等幅對稱應力循環下的工作安全因數 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 無限無限壽命區壽命

10、區 若將若將Smax-N 試驗數據標在試驗數據標在lgS lgN 坐標中，所得到的應坐標中，所得到的應力力-壽命曲線可近似視為由兩段壽命曲線可近似視為由兩段直線所組成。直線所組成。 兩直線的交點之橫坐標值兩直線的交點之橫坐標值 N0，稱為循環基數；與循環基，稱為循環基數；與循環基數對應的應力值（交點的縱坐數對應的應力值（交點的縱坐標）即為疲勞極限。標）即為疲勞極限。 因為循環基數都比較大因為循環基數都比較大(106次以上次以上)，故按疲勞極限進行的，故按疲勞極限進行的強度設計稱為無限壽命設計。強度設計稱為無限壽命設計。雙對數坐標中雙對數坐標中lgS lgN 曲線的曲線的斜直線部分，可以表示成斜

11、直線部分，可以表示成 TSINGHUA UNIVERSITY 無限無限壽命區壽命區有限壽命區有限壽命區式中，式中，m和和C均為與材料有關的常均為與材料有關的常數。斜直線上一點的縱坐標為試數。斜直線上一點的縱坐標為試樣所承受的最大應力樣所承受的最大應力Si，在這一應，在這一應力水平下試樣發生疲勞破壞的壽力水平下試樣發生疲勞破壞的壽命為命為Ni。Si稱為在規定壽命稱為在規定壽命Ni下的下的條件疲勞極限。條件疲勞極限。 按照條件疲勞極限進行的強按照條件疲勞極限進行的強度設計稱為有限壽命設計。因此，度設計稱為有限壽命設計。因此，在雙對數坐標中在雙對數坐標中lgS - lgN曲線上循曲線上循環基數環基數

12、N N0 0以右部分（水平直線）以右部分（水平直線）稱為無限壽命區；以左部分（斜稱為無限壽命區；以左部分（斜直線）稱為有限壽命區。直線）稱為有限壽命區。 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY 等幅對稱應力循環下的工作安全因數等幅對稱應力循環下的工作安全因數 TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY根據光滑小試樣的應力根據光滑小試樣的應力-壽命曲線壽命曲線 估算疲勞壽命估算疲勞壽命TSINGHUA UN