1、交变载荷下材料的疲劳破坏工程力工程力 学学在 工程中，有许多构件在工作时出现随时间作交替变化的应力，这种应力称为 交变应力 。构件产生交变应力的原因有的是由于载荷的大小、方向或位置随时间作交替的变化；有的虽然载荷不随时间而改变，但构件本身在旋转。火车轮轴就属于后一种情况，下面以车轴为例来分析应力随时间作交替变化的过程。10-1 交变应力的概念工程力工程力 学学车轴每旋转一周， A点的应力就重复变化一次，称为 一个应力循环 ，随着车轴的不停地旋转，应力作周期性的变化。工程力工程力 学学单向传动的啮合齿轮根部的弯曲正应力循环特性工程力工程力 学学疲劳破坏 在 交变应力作用下构件发生的破坏据统计，在
2、机械零件失效中有 80%以上属于 疲劳破坏。疲劳 破坏发生的断面称为疲劳断口，是分析疲劳类型，判断疲劳事故原因的特征区域。疲劳 材料对 交变应力抵抗力下降的现象。工程力工程力 学学疲劳破坏特点交 变应 力引起的疲 劳 失效与静 应 力引起的 强 度失效有本质 的区 别 ：1.疲 劳 破坏是构件在 工作应 力低于 强 度极限 ，甚至低于屈服极限的情况下突然 发 生的断裂，往往具有突 发 性。2.塑性材料构件也 呈脆性断裂 ，即使塑性性能很好的材料在断裂前也无明 显 的塑性 变形。 工程力工程力 学学3. 构件的疲劳破坏断口上有两个明显区域： 光滑区与粗糙区 ，其中粗糙区又称为瞬断区，断口呈颗粒状
3、。 疲劳破坏有裂纹的发生、扩展和断裂三个部分。裂纹产生的位置称为 疲劳源或 裂纹源。裂纹扩展但未断裂的区域称为 扩展区 ，通常对应 光滑区。裂纹断裂的区域称为 断裂区，通常对应 粗糙区 。工程力工程力 学学疲劳破坏的过程：一般认为是：当交变应力大小超过一定限度，在构件中应力为最大处或材料有缺陷处，材料经过应力多次交替变化后，首先产生细微 裂纹源 。这种裂纹随着应力循环次数的增多而逐步扩展。在此扩展过程中，随着应力交替地变化，裂纹两边的材料时分时合，并互相研磨，因而形成断面的 光滑区域 。通常 光滑区域 上还有疏密不等的贝壳状条纹。称为 疲劳裂纹前沿线 。工程力工程力 学学随着裂纹的不断扩展，构件截面的有效面积不断减小，最后当削弱到不能抵抗破坏时，就突然断裂，断面上的粗糙颗粒就是由于最后的突然断裂而形成的。疲劳破坏原因：交变应力下材料的累积塑性变形是疲劳破坏的主要原因。工程力工程力 学学疲劳破坏过程1. 疲劳裂纹形成（萌生、成核）阶段2. 裂纹扩展阶段 微观裂纹扩展阶段 宏观裂纹扩展阶段3. 脆性断裂阶段
