加入知识星球,海量资料和模型,从零起步,更有详细解读。
【后期想学FKM,必须先把疲劳理论先搞清楚了,否则也稀里糊涂的】
“实验室复现的单一规律的循环载荷VS现实中的极其复杂不规律的载荷”
对于拉伸/压缩而言,载荷沿材料的轴线方向反复变化,导致拉应力与压应力交替作用。主要为正应力,对应力集中较为敏感,内部缺陷也容易成为裂纹源。
对于弯曲而言,材料一侧受拉、另一侧受压,中性轴处应力为零。最大应力出现在表面,而非内部。裂纹起源多从表面开始,与表面质量关系密切。
对于扭转而言,主应力为剪切应力,最大剪应力发生在表面。它属于纯剪应力,没有正应力成分。裂纹最初沿半径方向,然后转为螺旋形扩展。这种情况下的疲劳强度和拉伸载荷下的正应力疲劳强度相比较,占比约50~60%。
对于复杂形状的物体,或者边界比较复杂的物体,疲劳危险部位多数时候处于多轴应力状态。而且还是非比例多轴应力。
研究表明,多数工程结构和机械设备受到的载荷频率位于5~200Hz。在日常环境下,没有腐蚀的话,此频率频段内,加载频率的频率对疲劳强度没什么明显的影响。
平均应力是一个周期载荷中,最大应力和最小应力的平均值:
假设在平均应力为零的对称循环下,疲劳寿命为基准。与之相比,如果平均应力为负值,那么疲劳寿命增加;如果平均应力为正值,那么疲劳寿命减少。
拉应力(平均应力为拉应力)使裂纹张开,裂纹扩展更容易。
压应力(平均应力为压应力)有“压紧”裂纹面的作用,延缓裂纹扩展。
记住三位大佬Gerber、Goodman、Soderberg。他们三个分别提出了各自的经验准则。
理想试验条件下的载荷波形为正弦波形。而实际情况,远比整个复杂多变。实验研究表明,在正常工况下,无腐蚀常温时,波形对疲劳强度的影响很小。因此,可以忽略该因素的影响。
有些设备是持续无停歇地工作的,而有些设备是工作一会儿,停一会儿,比如电梯。那么,这种停歇和持续,对疲劳强度有哪些影响?
正常情况下,“持续”的情况,对疲劳寿命没明显的影响。而“停歇”是可以影响疲劳寿命的。
-
在载荷间断期间,材料中的微裂纹可能部分闭合。
-
局部的残余应力可能重新分布,减缓裂纹扩展。
周期性停歇,还有助于散热,有助于减少热应力的影响。
当然,有些材料却可能因“停歇”而寿命减少。比如脆性材料或陶瓷类,它们不具备可逆性变形能力,停歇帮助不大。比如在腐蚀环境下疲劳腐蚀加剧。
|