材料力学 第十六章 疲劳与断裂 北航

材料力学（I II）北航 精品课件 北京航空航天大学单辉祖教授编著的材料力学(I)、材料力学()是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪课程教材和教育部工科力学“九五”规划教材，也是普通高等教育“九五”国家级重点教材。该教材1999年初版，获2000年度中国高校科学技术奖（教材类）二等奖，教学改革成果获2001年度国家级教学成果二等奖、北京市教学成果一等奖；2004年修订出版第2版，修订版已列入“普通高等学校十五国家教材规划”、高教社“高等教育百门精品教材”。以材料力学I、II为主教材的材料力学立体化教学包已作为高等教育出版社的“名品”向全国推广。1Pagen本教材在妥善处理传统内容的继承和现代科技成果的引进以及知识的传授和能力、素质的培养方面，进行了积极探索，是一套面向21世纪的具有新内容、新体系，论述严谨，重视基础与工程应用(包括计算机的应用)，重视能力培养的新教材。教材体现了模块式的特点，通过对模块的选择与组合，可同时满足不同层次工科院校的不同专业对基础力学课程的教学要求。2Page第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂16-1 16-1 引言引言16-2 16-2 循环应力及其类型循环应力及其类型16-3 S16-3 SN N曲线和材料的疲劳极限曲线和材料的疲劳极限16-4 16-4 影响构件疲劳极限的主要因素影响构件疲劳极限的主要因素3Page第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂疲劳问题概述疲劳问题概述 以前我们接触到的问题大多为静载问题以前我们接触到的问题大多为静载问题 冲击问题是一类动载问题冲击问题是一类动载问题 (接触时间短，相互作用力接触时间短，相互作用力大大)疲劳问题是另一类动载问题疲劳问题是另一类动载问题 (载荷随时间循环变化载荷随时间循环变化)人们对疲劳问题的认识与工程实际问题密切相关人们对疲劳问题的认识与工程实际问题密切相关16-1 16-1 引言引言4Page第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂 19481948年美国年美国“马丁马丁202202”运输机在正常航行中突然坠毁运输机在正常航行中突然坠毁 19511951年英国的年英国的“鹞式鹞式”飞机在澳大利亚出事飞机在澳大利亚出事 19521952年美国年美国“F F8686”歼击机在空中爆炸歼击机在空中爆炸 19561956年英国的两架年英国的两架“彗星式彗星式”喷气客机接连在地中海上空爆炸喷气客机接连在地中海上空爆炸 19591959年，年，F-111F-111战斗轰炸机在俯冲拉起时一个机翼突然断折不战斗轰炸机在俯冲拉起时一个机翼突然断折不 久以后，久以后，C-5AC-5A军用运输机机翼又出现裂纹军用运输机机翼又出现裂纹 19791979年一架年一架 DCDC1010型客机在起飞后不久坠毁型客机在起飞后不久坠毁经过事故的调查分析，发现这些事故都是由于疲劳破坏造成的。经过事故的调查分析，发现这些事故都是由于疲劳破坏造成的。一连串的飞机事故引起世界各国、一连串的飞机事故引起世界各国、特别是航空工业部门的极大关注和震惊特别是航空工业部门的极大关注和震惊！5Page第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂（1 1）（2 2）经历多次应力循环，损伤累积经历多次应力循环，损伤累积（3 3）没有明显塑性变形，脆性断裂没有明显塑性变形，脆性断裂（4 4）断口：光滑区，粗粒状区断口：光滑区，粗粒状区晶界滑移晶界滑移微裂纹微裂纹裂纹缓慢扩展（光滑区）裂纹缓慢扩展（光滑区）快速扩展（脆断）快速扩展（脆断）疲劳破坏的特点：疲劳破坏的特点：6Page第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂应力比应力比（循（循环特征）特征）对称循称循环 脉脉动循循环应力幅值应力幅值应力均值应力均值最大应力最大应力16-2 16-2 16-2 16-2 循环应力及其类型循环应力及其类型循环应力及其类型循环应力及其类型最小应力最小应力一个应力循环一个应力循环7Page第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂钛合金钛合金M8 1.25-4h6h/4G5G 配合螺栓实验中值配合螺栓实验中值S-N曲线曲线 16-3 S16-3 SN N曲线和材料的疲劳极限曲线和材料的疲劳极限8Page第十六章第十六章 疲劳与断裂疲劳与断裂（1 1）构件外形影响）构件外形影响 有效有效应力集中系数力集中系数-光滑光滑试样-应力集中力集中试样（2 2）构件尺寸影响）构件尺寸影响尺寸系数尺寸系数 -大大试样-小小试样试样越大，处于高应力区的材料多，易形成疲劳裂纹试样越大，处于高应力区的材料多，易形成疲劳裂纹16-4 16-4 影响构件疲劳极限的主要因素影响构件疲劳极限的主要因素（3 3）表面加工质量影响）表面加工质量影响9Page