疲劳强度考试整理

1.疲劳的定义：材料在循环应力或循环应变作用下，由于某点或某些点产生了局部的永久

结构变化，从而在一定的循环次数以后形成裂纹或发生断裂的过程称为疲劳。

2.疲劳的分类：

(1)按研究对象可以分为材料疲劳和结构疲劳

材料疲劳——研究材料的失效机理，化学成分和微观组织对疲劳强度的影响，使用标准试件。结构疲劳——则以零部件、接头以至整机为研究对象，研究它们的疲劳性能、抗疲劳设计方法、寿命估算方法和疲劳试验方法。

(2)按失效周次可以分为高周疲劳和低周疲劳

高周疲劳——材料在低于其屈服强度的循环应力作用下，经104-105以上循环产生的失效。低周疲劳——材料在接近或超过其屈服强度的应力作用下，低于104-105次塑性应变循环产生的失效。

(3)按应力状态可以分为单轴疲劳和多轴疲劳

单轴疲劳——单向循环应力作用下的疲劳，零件只承受单向正应力或单向切应力。

多轴疲劳——多向应力作用下的疲劳，也称复合疲劳。

(4)按载荷变化情况分为恒幅疲劳、变幅疲劳、随机疲劳

恒幅疲劳——所有峰值载荷均相等和所有谷值载荷均相等。

变幅载荷——所有峰值载荷不等，或所有谷值载荷不等，或两者均不等。

随机疲劳——幅值和频率都是随机变化的，而且是不确定的。

(5)按载荷工况和工作环境可以分为常规疲劳、高低温疲劳、热疲劳、热—机械疲劳、腐

蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和冲击疲劳

常规疲劳——在室温和空气介质中的疲劳。

高低温疲劳——低于室温的疲劳和高于室温的疲劳。

热疲劳——温度循环变化产生的热应力所导致的疲劳。

热-机械疲劳——温度循环与应变循环叠加。

腐蚀疲劳——腐蚀环境与循环应力的复合作用。

接触疲劳——滚动接触零件在循环应力作用下产生损伤。

微动磨损疲劳——接触面的微幅相对振动造成磨损疲劳。

冲击疲劳——重复冲击载荷所导致的疲劳。

3.金属疲劳破坏机理

疲劳破坏总是由应力应变最高和位向最不利的薄弱晶粒或夹杂等缺陷处起始，并沿着一定的结晶面扩展。所以金属的疲劳破坏与多晶体的非均质性和各向异性密切相关。一般说来，金属的疲劳破坏可以分为三个阶段：疲劳裂纹萌生疲劳裂纹扩展失稳断裂

（1）疲劳裂纹萌生

①裂纹萌生的机理

疲劳裂纹总是首先在应力最高，强度最弱的基体上形成：机械加工的切削纹表面擦伤结构上的内圆角亚表面的夹杂物等应力集中处

裂纹萌生主要有以下三种形式：夹杂物和基体界面开裂（普通金属材料）、滑移带开裂（纯金属、单相合金）、晶界开裂（高温下的材料）

4.疲劳断口的形貌特征

疲劳破坏的特征和静力破坏有着本质的不同，主要有五大特征：

的情况下，破坏就可1）在交变载荷作用下，构件中的交变应力在远小于材料的强度极限b

能发生。

2）不管是脆性材料或塑性材料，疲劳断裂在宏观上均表现为无明显塑性变形的突然断裂，故疲劳断裂常表现为低应力类脆性断裂。

3）疲劳破坏常具有局部性质，而并不牵涉到整个结构的所有材料，局部改变细节设计或工艺措施，即可较明显地增加疲劳寿命。

4）疲劳破坏是一个累积损伤的过程，需经历一定的时间历程，甚至是很长的时间历程。实践已经证明，疲劳断裂由三个过程组成，即

(I)裂纹(成核)形成， (Ⅱ)裂纹扩展，(Ⅲ)裂纹扩展到临界尺寸时的快速(不稳定)断裂5）疲劳破坏断口在宏观和微观上均有其特征，特别是其宏观特征在外场目视检查即能进行观察，可以帮助我们分析判断是否属于疲劳破坏等。

疲劳破坏与静载破坏之比较

疲劳破坏 S＜Su

破坏是局部损伤累积的结果。断口光滑，有海滩条带或腐蚀痕迹。有裂纹源、裂纹扩展区、瞬断区。无明显塑性变形。应力集中对寿命影响大。

静载破坏 S＞Su

破坏是瞬间发生的。断口粗糙，新鲜，无表面磨蚀及腐蚀痕迹。韧性材料塑性变形明显。

应力集中对极限承载能力影响不大。

由断口可分析裂纹起因、扩展信息、临界裂纹尺寸、破坏载荷等，是失效分析的重要依据。疲劳断口最显著的宏观形貌特征就是无明显的塑性变形和可以划分为两个截然不同的区域：

宏观形貌特征：

1）断口呈现细晶粒，较平滑。受空气氧化或腐蚀，一般颜色较深。该区上常出现如海滩状的花纹，裂纹扩展方向与海滩状花样垂直，指向曲率半径较大的方向；

2）疲劳断口中往往有磨光标记，它是在裂纹的扩展过程中，由于裂纹面的摩擦和挤压造成的；

3）由于空气和其它介质的腐蚀作用，疲劳区多为暗色；

4）在多源疲劳中，由于各裂纹源往往不在同一平面上，而是随着裂纹的扩展逐渐合并，因此在联接处形成“台阶”。

瞬断区的宏观形貌特征：粗晶粒

（一）交变单向弯曲

疲劳断口与轴线成90o，裂纹源从交变拉应力最大一边开始。

低周疲劳——几个裂纹源，裂纹扩展不深；

高周疲劳——疲劳扩展区大，一个裂纹源，疲劳条纹更为平直。

（二）交变双向弯曲

低周疲劳——一般有两个裂纹源，同时向内扩展；

高周疲劳——第二个裂纹源与第一个裂纹源一般不会同时形成，所以两裂纹深度相差很大。

（三）旋转弯曲

低应力水平：裂纹源一般从一点开始。顺旋转方向扩展慢，逆旋转方向扩展快，最后形成瞬断区偏斜的断口。

高应力水平：圆周上产生多出裂纹源，同时向内扩展，最后形成圆的疲劳条纹和疲劳区。

（四）轴向拉压

内部缺陷：当应力分布均匀，无应力集中因素，裂纹源产生于内部，疲劳裂纹呈圆形分布。表面缺陷:表面不同位置形成裂纹源，疲劳扩展区直接相连，最后形成拉压疲劳断口的特有形态。

不同载荷情况疲劳断口的形貌

疲劳断口的微观形貌特征:

1）每个断口由若干个凹凸不平的小断片组成，断片结合处形成台阶；2）断口上有很多细小的条纹，这些条纹略带弧形，在同一个断片上连续平行，具有规则的间距，与裂纹扩展方向垂直； 3）轮胎压痕是疲劳断口的另一个主要微观形貌特征，它是由于与其相匹配的断面上的凸起或刃边对它的反复挤压或刻入造成的；4）在疲劳裂纹扩展时，还可能产生二次裂纹，二次裂纹往往呈扫帚状。

5.疲劳应力与持久极限

载荷和应力随时间变化的历程分别称为载荷谱和应力谱

应力循环：在一个周期中，应力的变化过程称为一个应力循环，应力循环一般可用循环中的最大应力，最小应力和周期 (或它的例数即频率 )来描述。

疲劳极限（持久极限） ：在一定的循环特征下，材料可以承受无限次应力循环而不发生破坏的最大应力称为在这一循环特征下的“持久极限”或“疲劳极限”。

习惯上，如果不加说明的话，所谓材料的持久极限都是指R=-1时的最大应力。这时，最大应力值就是应力幅的值，用1σ-表示。

6. 材料的S-N 曲线

曲线通常取最大应力max σ或应力幅a σ为纵坐标，疲劳寿命通常都使用对数坐标，应力坐标有时取线性，有时取对数，当坐标为双对数时， 曲线表现为一条直线。

用经验公式表示材料的等寿命图，主要有以下几种：

（2）直线公式（古德曼公式）：

7. 循环应力—应变曲线

如果拉伸载荷加到A 点后卸载至零，再加绝对值相等的压缩载荷，则曲线从A 点以斜率为弹性模量E 的斜线下行，然后变向屈服点直到B 点。如果B 点又重新加载，则以斜率E 上升然后屈服，返回到A 点。加载与卸载的应力应变轨迹ABA 形成一个闭环，称为迟滞回线。

8.应变—寿命曲线

9.影响疲劳强度的因素

将材料的S-N曲线应用于实际的零部件，还必须考虑一些影响疲劳强度的因素，这些因素可分为材料特性、载荷、零件的形式和尺寸，以及环境等四大类。

(1)应力集中

有效应力集中系数定义为没有应力集中的光滑试件与有应力集中的试件的疲劳极限之比

理论应力集中系数则定义为局部峰值应力与名义应力的比值

（2）尺寸影响:

尺寸对疲劳强度的影响主要由于以下几个原因：

1）材料的机械性能（包括疲劳性能）随着材料断面增大而降低。强度级别越高的合金钢这种现象越严重。虽然它与材料的冶金、热加工工艺和金相组织有关，是由材料的内在性质所决定的，而与零部件的结构、载荷情况无关。

2）许多研究者指出，零部件的应力梯度是造成尺寸效应的主要原因。如大小尺寸的试件若受力条件相同，且危险点峰值应力相等，则大尺寸零部件由于应力梯度小而疲劳强度低，小试件由于应力梯度大而疲劳强度高。

3）从同一毛坯上取下不同断面的试件，大尺寸试件的疲劳强度低于小试件。这是因为，如果材料中单位体积内的缺陷数量相等，则大试件中的缺陷数量必然多于同一毛坯上切下的小试件，因而裂纹萌生的概率就高，从而导致疲劳强度下降。

尺寸系数：表示无缺口光滑大试件疲劳强度和无缺口光滑小试件的疲劳强度之比

表面加工系数：其值等于某种表面加工状况试件的疲劳极限与磨光试件的疲劳极限的比值

10.疲劳载荷谱

疲劳载荷中所有峰值载荷均相等和所有谷值均相等的载荷称为恒幅载荷。

峰值载荷不等，或谷值载荷不等，或两者均不相等的载荷称为谱载荷(或变幅载荷)。

峰值和谷值载荷及其序列是随机出现的谱载荷则称为随机载荷。

程序加载谱：其平均载荷是恒定的，每一个周期由若干级常幅载荷循环组成，同一级的载荷循环称为一个“程序块”，每一个周期内的程序块按一定的图案排列，图示程序加载属于低－高－低序列。

将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱，编谱时须满足如下要求：

1）简化后的载荷谱应与实际情况一致，即两者给出的疲劳寿命是一致的。因此，为施行加速试验在载荷循环简化时，应考虑到损伤等效的原则；

2）根据有限次数的实测数据，估计出整批产品的载荷变化规律，以取得具有代表性的典型谱。为此，需借助统计方法，由子样来推断母体，推断未能测出的某些载荷循环；

3）载荷实测数据繁多，即使在几分钟内就能得到成千上万的数据，为此，在判读和计数时，需采用自动化措施，利用计算机进行处理；

4）由于各种产品工作条件不同，载荷－时间历程的类型亦异，此外，考虑到疲劳损伤的部位和特点各不相同。所以，编谱的工作应有一定的针对性，不宜使用同一原则。

编谱的重要一环，是用统计理论来处理所获得的实测子样。

雨流法的计数规则为：

1）重新安排载荷历程以最高峰值或最低谷值为起点（视二者的绝对值哪一个更大而定）；

2）雨流依次从每个峰(谷)的内侧向下流，在下一个谷(峰)处落下，直到对面有一个比其起点更高的峰值（或更低的谷值）停止；

3）当雨流遇到自上面屋顶流下的雨流时即行停止。

4）取出所有的全循环，并记录下各自的范围和均值。

如图a所示的载荷—时间历程，由于载荷—时间历程的起点不是最高峰值或最低谷值，因此需要将载荷—时间历程重新安排。

11.累积损伤理论

当材料承受高于疲劳极限的应力时，每一个循环都使材料产生一定的损伤，每一个循环所造成的平均损伤为1/N。

疲劳累积损伤的线性方程式:

12.名义应力法

名义应力法是最早形成的抗疲劳设计方法，它以材料或零件的S-N曲线为基础，对照试件或结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤累积理论，校核疲劳强度或计算疲劳寿命。

名义应力法估算结构疲劳寿命的步骤为：

1）确定疲劳危险部位；

2）求出危险部位的名义应力和；

3）根据载荷谱确定危险部位的名义应力谱；

4）求出当前应力集中系数和应力水平下的曲线；

5）应用疲劳累积损伤理论，求出危险部位的寿命。

13.局部应力－应变法

记忆特性：材料在循环加载下，当后级载荷的绝对值大于前级时，材料仍按前级迹线的变化规律继续变化。

如图（a）所示，第一次加载是按稳定的应力－应变曲线由O点起加载到A点，然后卸载到B点，此时是按“放大一倍”的曲线，即迟滞回线卸载的。B点之后开始加载，此时应力—应变服从迟滞回线的关系，一直到开始卸载的A点。

如果载荷继续增加，这时候应力－应变关系“似记得”要沿原来的OA迹线继续变化到C，而不是按迟滞回线变化到C ’，这就是材料的“记忆特性”。

加载过程中，材料受到大于前面加过的载荷就用稳定的循环应力－应变曲线，除此之外用迟滞回线。

载荷顺序效应：缺口零件的应力集中处，在拉伸载荷作用下发生局部屈服。

卸载后处于弹性状态的材料要恢复原来的状态，而已发生塑性变形的材料则阻止这种恢复，从而使缺口根部产生残余压应力，未发生塑性变形的区域产生残余拉应力。

如大载荷后接着出现小载荷，则此小载荷引起的应力将叠加在残余应力之上，因此后面的小载荷循环造成的损伤受到前面大载荷循环的影响，这就是载荷的顺序效应。

例如图中的两种载荷历程，所加的载荷循环完全相同，只是图a先施加拉伸载荷，图b先施加压缩载荷，而图a的应力集中处产生残余拉应力，图b则产生残余压应力，二者的迟滞回线形状是不同的。可见载荷顺序对其局部应力应变是有影响的。

诺伯法-Neuber

局部应力－应变法虽然有很多优点，但它并不能取代名义应力法,这是因为:

1）这种方法只能用于有限寿命下的寿命估算，而不能用于无限寿命，当然也无法代替常规的无限寿命设计法；

2）这种方法目前还不够完善，还未考虑尺寸因素和表面情况的影响，因此对高周疲劳有较大误差；

3）这种方法目前仍主要限于对单个零件进行分析，对于复杂的连接件，由于难于进行精确的应力应变分析，目前尚难于使用。

14. 疲劳裂纹的扩展

对于一个含有初始表面裂纹0a 的构件，在承受静载荷（一般环境）时，只有其应力水平达到临界应力c σ时，即裂纹顶端的应力强度因子达到临界值IC K 时，才会立即发生失稳断裂。将静力降到0σ，构件不会发生破坏。

如果构件承受一个与0σ大小相等的脉动交变应力，则初始裂纹会发生缓慢扩展，当达到临界裂纹尺寸c a 时发生失稳破坏

裂纹由初始值0a 到临界值c a 这一扩展过程，称为疲劳裂纹的亚临界扩展。

（1）应力强度因子：K 的大小反映了裂纹尖附近区域内弹性应力场的强弱程度，可以作为判断裂纹是否发生失稳扩展的指标。

无限大平板中有一贯穿裂纹，承受垂直于裂纹方向的均匀拉伸为最简单情况，其应力强度因子表达式为:

（2） 断裂韧性：应力强度因子的临界值，即发生脆断时的应力强度因子，称为断裂韧度，用c K 表示。

由于在平面应变条件下三向受拉，材料最容易脆断，因此c K I 代表材料断裂韧度的最低值。平面应变条件的断裂判据为

15. 疲劳裂纹扩展速率

由此可得

2

1

c

c

K

a

πασ

I

??

= ?

??

式中

c

K

I

—材料的断裂韧性；

α—形状因子；

σ—循环应力的最大值。

16.断裂控制

断裂控制的主要内容是：

精心选材，结构合理布局，制定适当的检验程序，控制安全工作应力。

（1）精心选材

采用损伤容限设计是允许零件内存在一定的临界尺寸缺陷为前提的，应选用 / 和韧脆转变温度高的材料。常用的中、低强度钢的 / 高，具有允许较大缺陷的能力，高强钢次之，超高强度钢最差。

初始缺陷尺寸对剩余寿命影响很大，因此应采用先进的工艺技术，提高材料纯度，较小结构缺陷，并设法消除残余应力。同时，选择疲劳裂纹扩展速率较低的材料。

（2）结构合理布局

为了将疲劳裂纹扩展速率有效地控制在允许范围内，不致于在规定的检修期内发生意外断裂，必须采取破损—安全结构，并且结构要便于检修。

破损—安全结构可以采用以下方法：

采用多通道载荷结构、采取止裂措施、

17.提高零部件疲劳强度的方法

可以通过以下途径提高零构件的疲劳强度：

合理选材、改进结构和工艺、表面强化和表面防护、合理操作

a.合理选材

（1）强度、塑性和韧度间的最佳配合

因此，低周疲劳时，应选择塑性好的材料。

高周疲劳时，应选择强度高的材料。

寿命介于高低周疲劳之间时，应兼顾强度和塑性，选择韧性好的材料。

（2）材料纯度的影响

气孔、夹杂等缺陷和第二相质点的存在，都相当于具有内在的应力集中，从而使其疲劳强度降低。

因此，应选择纯度高的材料。

高强材料的缺口敏感度高，纯度的影响更大。

纯度的作用与应变的大小有很大关系，在接近疲劳极限处影响最大。

（3）晶粒度的影响

晶界能阻止滑移、裂纹形成和扩展，因此，细化晶粒能提高室温下的疲劳强度。

而在高温下，则由于晶界的强度比晶粒内部为弱，疲劳断裂由穿晶变为沿晶，因此粗晶粒材料的疲劳强度反而比细晶粒材料提高。

（4）晶粒的择优取向（机械处理）

锻造和压延时，材料的缺陷（夹杂、偏析和孔洞等）也沿流变方向延伸，从而减小其横截面上的缺陷尺寸，当应力方向与流变方向相同时，可以提高其疲劳性能。这也是锻材和轧材具有方向性的原因。

b.改进结构和工艺

1．改进结构

降低零件危险截面的应力集中是提高零件疲劳强度的有效方法。

适当加大危险截面尺寸

避免尖角和适当加大过渡圆角半径

设卸载孔、卸载沟或卸载槽，改进应力流线

将微动磨损与应力集中分离开来

改善载荷的不均匀分配

建立预应力及预紧力

2.改进工艺

1）提高表面光滑度，尽量避免擦伤和划痕。高强度材料对应力集中敏感，尤应注意采用表面粗糙度高的精加工方法，否则不但不能发挥其优越性，其疲劳强度可能反而比中、低强度钢为低。

2）使零件的加工方向与其最大主应力方向一致。

3）保持配合面的正确配合，如螺母与配合面间的垫圈不平时可以引起附加弯矩疲劳强度降低。

4）采用适当的热处理工艺，例如对中碳钢和合金结构钢进行调质处理，可以得到比正火处理为高的疲劳强度。

5）采用时效处理，可以提供一种有利的弥散体，从而提高其疲劳强度。

6）在零件的制造过程中，不使表面层产生有害的拉伸残余应力。

7）不使毛坯材料产生偏析、脱碳、夹杂、裂纹等缺陷。

8）对焊缝进行电渣重熔，将对焊接头焊缝的凸出部切除均能降低焊缝的应力集中，提高焊缝的疲劳强度。

9）在焊件上焊前加工出坡口，和避免焊缝未焊透

表面层的性质对零件的静强度影响不大，但对其疲劳强度却影响显著。

因此，表面强化是提高零件疲劳强度的有效方法。表面强化提高零件疲劳强度的主要原因，是在表面层内建立了压缩残余应力和使表面层硬化。

应力梯度愈大，表面强化的效果愈显著，缺口试样的表面强化效果远比光滑试样显著。

屈服极限低的材料残余应力容易释放，因此强化效果比屈服极限高的材料差。

所以，低周疲劳时的强化效果也比高周疲劳时差。对于硬钢，高周疲劳时其残余应力可以保持几十年不释放。

现在使用的表面强化方法有；表面热处理，表面化学热处理，表面冷作强化。

表面热处理包括火焰淬火和感应淬火。

表面化学热处理包括渗氮、渗碳和氰化(碳氮共渗)。

表面冷作强化包括喷丸、滚压、锤击和超载拉伸等。

1．表面淬火 2．表面化学热处理 3. 冷作强化——滚压强化、喷丸处理、内孔挤压、冲击强化和超载拉伸

主要的表面防护措施有：液体涂层、金属涂层和阳极氧化

合理操作对提高零部件的疲劳强度也具有重要意义。

误操作可以便零件载荷骤增，产生较大的损伤。频繁的起动停车和载荷波动，都能造成低周疲劳破坏或高低周复合疲劳破坏。

必须按操作规程进行操作，并尽可能避免不必要的起停和载荷波动，以降低其高、低周交变应力。

为了提高设备的使用期限，还必须对设备进行定期检修，以便及时发现问题，采取有效措施，防止设备长期在不正常的工况下运行，而加速其受力件的疲劳破坏和磨损失效。

金属材料屈服强度的影响因素

材料屈服强度及其影响因素 1. 屈服标准 工程上常用的屈服标准有三种： (1)比例极限应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用σp表示，超过σp时即认为材料开始屈服。 (2)弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以σel表示。应力超过σel时即认为材料开始屈服。 (3)屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ0.2或σys。 2. 影响屈服强度的因素 影响屈服强度的内在因素有： 结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化； (2)形变强化； (3)沉淀强化和弥散强化； (4)晶界和亚晶强化。 沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。 影响屈服强度的外在因素有： 温度、应变速率、应力状态。随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。 3.屈服强度的工程意义 传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n，安全系数n一般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n，安全系数n一般取6。 需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。 屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。 材料开始屈服以后，继续变形将产生加工硬化。 4.加工硬化指数n的实际意义 加工硬化指数n反应了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化情况，它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。n还决定了材料能够产生的最大均匀应变量，这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。 对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，否则，在偶然过载的情况下，会产生过量的塑性变形，甚至有局部的不均匀变形或断裂，因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。 形变硬化是提高材料强度的重要手段。不锈钢有很大的加工硬化指数n=0.5，因而也有很高的均匀变形量。不锈钢的屈服强度不高，但如用冷变形可以成倍地提高。高碳钢丝经过

疲劳载荷及分析理论资料

疲劳载荷及分析理论 疲劳载荷谱(fatigue load spectrum)是建立疲劳设计方法的基础。根据研究对象的不同，施加在对象上的疲劳载荷也是不同的，所以在应用时要依据某种统计分析方法和理论进行分析。 1 疲劳载荷谱 1.1 疲劳载荷谱及其编谱 载荷分为静载荷和动载荷两大类。动载荷又分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。周期载荷和非周期载荷可统称为疲劳载荷。在很多情况下，作用在结构或机械上的载荷是随时间变化的，这种加载过程称为载荷—时间历程。由于随机载荷的不确定性，这种谱无法直接使用，必须对其进行统计处理。处理后的载荷—时间—历程称为载荷谱。载荷谱是具有统计特性的图形，它能本质地反映零件的载荷变化情况[]。为了估算结构的使用寿命和进行疲劳可靠性分析，以及为最后设计阶段所必需的全尺寸结构和零部件疲劳试验，都必须有反映真实工作状态的疲劳载荷谱。 实测的应力—时间历程包含了外加载荷和结构的动态响应的影响，它不仅受结构系统的影响，而且也受应力—时间历程的观测部位的影响。将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱。编谱的重要一环，是用统计理论来处理所获得的实测子样[]。 1.2 统计分析方法 对于随机载荷，统计分析方法主要有两类：计数法和功率谱法[]。由于产生疲劳损伤的主要原因是循环次数和应力幅值，因此在编谱时首先必须遵循某一等效损伤原则，将随机的应力—时间历程简化为一系列不同幅值的全循环和半循环，这一简化的过程叫做计数法。功率谱法是借助富氏变换，将连续变化的随机载荷分解为无限多个具有各种频率的简单变化，得出功率谱密度函数。在抗疲劳设计中广泛使用计数法。 目前，已有的计算法有十余种之多，同一应力—时间历程用不同计数法编制出的载荷谱有时会差别很大。当然，按照这些载荷谱来进行寿命估算或试验，

影响金属材料疲劳强度的八大因素

影响金属材料疲劳强度的八大因素 Via 常州精密钢管博客 影响金属材料疲劳强度的八大因素 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分，组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。 应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ：在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf：光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。 疲劳缺口敏感度系数q：疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算。 q的数据范围是0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 尺寸因素的影响

疲劳强度的计算

摘要：零件的疲劳强度是一个值得深刻探讨的问题，在众多领域有着至关重要 的地位，零件的疲劳强度决定了其疲劳寿命，也就决定了对零件的选择和对这个器件的设计。本论文在参考多方资料，以及在平日学习中积累总结的经验之后，对零件疲劳强度的计算有了一些结论，得出影响导致零件疲劳的原因有破坏应力与循环次数之间量的变化影响，静应力的影响，应力集中的影响，零件绝对尺寸的影响，表面状态与强化的影响等方面。在分析零件疲劳产生原因之后，得出许多关系变化图与计算方法。运用这些计算方法，对零件疲劳极限进行了计算上的确定。并总结出疲劳强度在一些条件下的相关计算方法，如在简单应力状态，复杂应力状态下的不同。对疲劳强度安全系数的确定也进行了一系列分析，最后，尝试建立了疲劳强度的统计模型。 Abstract：The fatigue strength of parts is a worthy of deep discussion, have a vital role in many fields, the fatigue strength of parts determines its fatigue life, also decided on the part of the selection and the device design.This paper in reference to various data, and after the usual study accumulation experience, calculation of the fatigue strength of parts have some conclusion, that caused damage should change between force and the number of cycles of the causes of fatigue parts, the influence of static stress, effect of stress concentration, affects the absolute size, surface state and strengthening effect etc.. After the analysis of fatigue causes, draw many relationship graph and calculation method. Using the calculation method of fatigue limit, determined the calculation. And summarizes the related calculation under some conditions the method of fatigue strength, as in the simple stress state, the complex stress state under the different. Determination of the fatigue strength safety factor is also carried out a series of analysis, finally, try to establish a statistical model of fatigue strength. 关键词：零件疲劳寿命疲劳强度 Key word:Spare parts Fatigue life Fatigue strength

影响零件疲劳强度的主要因素有

影响零件疲劳强度的主要 因素有 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系： d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对 应力辐的影响：降低螺栓刚度 或增加被连接件刚度可减小应 力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹 角120－130度，平键180 度。 7不完全液体润滑径向滑动轴 承，要进行验算轴承的平均压 力p、轴承的pv值、滑动速度 v条件性计算。液体润滑径向 滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗杆头数与传 动效率及自锁性关系：头数越 多，传动效率越高，自锁性越 不好。 9.带传动中其他参数不变，只 有小轮有两种速度，当传递功 率不变时应按低速设计该带传 动。按低速的，当功率不变 时，速度低的受力大，按力大 的选择带传动，保证带的强 度。 10.链传动中，为什么链条磨 损后更容易从大链轮上脱落： 磨损后节距变长，滚子沿大链 轮外移，大链轮容易发生掉链 爬高现象。设计时减少大链轮 齿数，减少滚子沿大链轮的外 移量。 11.一双齿轮传动中，1.5倍。 12.在机械设计和使用机器时 应遵从力求缩短磨合期、延长 稳定磨损期、推迟剧烈磨损的 到来。 13.一对啮合的标准圆柱齿轮 传动，若齿轮齿数分别为z1 小于z2,这对齿轮的弯曲应力 1大于2. 14.普通紧螺栓连接受横向载 荷作用，螺栓中受拉伸应力作 用。 15.带传动有效拉力与预紧 力、包角、摩擦系数的关系： 正比关系。最小初拉力直接决 定临界摩擦力的大小，增加摩 擦系数和带轮的包角有利于增 大临界摩擦力，相应地降低最 小初拉力。 16单向规律性不稳定变应力的 疲劳强度计算依据：疲劳损伤 累积假说。 17.为什么小链轮齿数不能选 得过少、大链轮齿数不得过 多：齿数过少增加运动的不均 匀性和动载荷，链条在进入和 退出啮合时链接之间的相对转 角增大，链传动的圆周力增 大，从整体上加速铰链和链轮 的磨损。过大增大了传动的整 体尺寸、还容易发生跳链和脱 链的现象，从而影响链条使用 寿命。 18.带传动发生打滑的原因： 如果工作载荷增大，超过带传 动的有效拉力达到最大（临 界）值，则带与带轮间就将发 生显着的相对滑动。由于带在 大轮上的包角总是大于在小轮 上包角，所以打滑总是首先在 小带轮上发生。 1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。 5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。 7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的pv值、滑动速度v条件性计算。液体润滑径向滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。 9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。 10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮容易发生掉链爬高现象。设计时减少大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。 11.一双齿轮传动中，1.5倍。 12.在机械设计和使用机器时应遵从力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。 13.一对啮合的标准圆柱齿轮传动，若齿轮齿数分别为z1小于z2,这对齿轮的弯曲应力1大于2. 14.普通紧螺栓连接受横向载荷作用，螺栓中受拉伸应力作用。 15.带传动有效拉力与预紧力、包角、摩擦系数的关系：正比关系。最小初拉力直接决定临界摩擦力的大小，增加摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力，相应地降低最小初拉力。 16单向规律性不稳定变应力的疲劳强度计算依据：疲劳损伤累积假说。 17.为什么小链轮齿数不能选得过少、大链轮齿数不得过多：齿数过少增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时链接之间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。过大增大了传动的整体尺寸、还容易发生跳链和脱链的现象，从而影响链条使用寿命。 18.带传动发生打滑的原因：如果工作载荷增大，超过带传动的有效拉力达到最大（临界）值，则带与带轮间就将发生显着的相对滑动。由于带在大轮上的包角总是大于在小轮上包角，所以打滑总是首先在小带轮上发生。 1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。 5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。 7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的pv值、滑动速度v条件性计算。液体润滑径向滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。 9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。 10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮容易发生掉链爬高现象。设计时减少大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。 11.一双齿轮传动中，1.5倍。 12.在机械设计和使用机器时应遵从力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。 13.一对啮合的标准圆柱齿轮传动，若齿轮齿数分别为z1小于z2,这对齿轮的弯曲应力1大于2. 14.普通紧螺栓连接受横向载荷作用，螺栓中受拉伸应力作用。 15.带传动有效拉力与预紧力、包角、摩擦系数的关系：正比关系。最小初拉力直接决定临界摩擦力的大小，增加摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力，相应地降低最小初拉力。 16单向规律性不稳定变应力的疲劳强度计算依据：疲劳损伤累积假说。 17.为什么小链轮齿数不能选得过少、大链轮齿数不得过多：齿数过少增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时链接之间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。过大增大了传动的整体尺寸、还容易发生跳链和脱链的现象，从而影响链条使用寿命。 18.带传动发生打滑的原因：如果工作载荷增大，超过带传动的有效拉力达到最大（临界）值，则带与带轮间就将发生显着的相对滑动。由于带在大轮上的包角总是大于在小轮上包角，所以打滑总是首先在小带轮上发生。

304不锈钢抗拉强度试验影响因素分析

龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/2b18989647.html, 304不锈钢抗拉强度试验影响因素分析 作者：林剑峰 来源：《科学与财富》2016年第25期 摘要：文章通过试验，对比分析了不同试验速率与温度对奥氏体304不锈钢拉伸性能测试结果的影响规律，总体上的试验结果表明，试验速率对测定结果的影响较小，环境的温度变化才是测定结果波动的主要影响因素，以期本试验研究分析可指导生产检测与产品验收。 关键词：奥氏体304不锈钢；拉伸试验；马氏体；环境温度；试验速率 拉伸试验是力学性能试验中最基础、最常用的试验，拉伸试验中给出的性能指标也是在工业上应用最广泛的材料性能指标。304不锈钢是一种通用型奥氏体不锈钢，它的金属制品耐高温，韧性高，加工性能好，广泛使用于工业和家具装饰行业和食品医疗行业。拉伸性能是其力学性能测试中最基本、最通用的检验指标，也是304不锈钢产品的最基本交货依据。由于304不锈钢属于非稳态奥氏体不锈钢，在拉伸试验变形过程中会发生应变诱发相变产生马氏体，但金属材料本身材质的不均匀性以及在应变强化过程中温度、速率、应变量等均可影响应变诱发马氏体的转变量、转变速率等方面的情况，使得抗拉强度测定结果存在差异，不利于测试的进行。因此，有必要对拉伸试验检测结果波动的影响因素进行分析，掌握不同测试条件下拉伸性能测试结果的变化规律，从而对所检验的材料做出科学的评价。 1试验材料与试验方法 1.1试验材料 试验材料选用厚度为20mm、共3个炉号的热轧固溶态304不锈钢板，不同炉号钢板的化学成分略有不同。 1.2 试验方法 采用不同试验温度（在GB/T228.1-2010规定的温度范围内10～35℃）和不同拉伸试验速率（上、下限分别略大于和略小于GB/T228.1-2010规定的拉伸速率范围0.005～0.008s-1）对 上述304不锈钢板进行拉伸试验。拉伸试验用试样为螺纹头棒状试样，试样形状及尺寸如图1所示。拉伸试验前后分别测试试样均匀变形段的马氏体含量。拉伸试验采用德国产Z300高低温电子拉伸试验机完成，马氏体含量测定用瑞士产FeritscopeFMP30铁素体含量测定仪完成。 2 试验结果与讨论 2.1 304不锈钢加工硬化分析

什么是低周期疲劳和高周期疲劳

什么是高周疲劳、低周疲劳？ 为便于分析研究，常按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类：①高循环疲劳（高周疲劳）。作用于零件、构件的应力水平较低，破坏循环次数一般高于104～105的疲劳，弹簧、传动轴等的疲劳属此类。②低循环疲劳（低周疲劳）。作用于零件、构件的应力水平较高，破坏循环次数一般低于104～105的疲劳，如压力容器、燃气轮机零件等的疲劳。实践表明，疲劳寿命分散性较大，因此必须进行统计分析，考虑存活率（即可靠度）的问题。具有存活率p（如95％、99％、99.9％）的疲劳寿命Np的含义是：母体（总体）中有p的个体的疲劳寿命大于Np。而破坏概率等于（1－p ）。常规疲劳试验得到的S-N曲线是p＝50％的曲线。对应于各存活率的p的S-N曲线称为p-S-N曲线。 疲劳(2) fatigue 材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。 研究简史有记载的最早进行疲劳试验是德国的W.A.艾伯特。法国的J.-V.彭赛列首先论述了疲劳问题并提出“疲劳”这一术语。但疲劳研究的奠基人则是德国的A.沃勒，他在19世纪50～60 年代最早得到表征疲劳性能的S-N曲线并提出疲劳极限的概念。20世纪50年代P.J.E.福赛思首先观察到疲劳过程中在滑移带内有金属薄片挤出的现象。随后N.汤普孙等人发现这种滑移带不易用电解抛光去掉，称为“驻留滑移带”。后来证明，驻留滑移带常常成为裂纹源。1924年德国的J.V.帕姆格伦在估算滚动轴承寿命时，假设轴承的累积损伤与其转动次数成线性关系。1945年美国M.A.迈因纳明确提出了疲劳破坏的线性损伤累积理论，也称为帕姆格伦- 迈因纳定律，简称迈因纳定律。此后，断裂力学的进展丰富了传统疲劳理论的内容，促进了疲劳理论的发展。用概率统计方法处理疲劳试验数据，是20世纪20年代开始的。60年代后期，概率疲劳分析和设计从电子产品发展到机械产品，于是在航空、航天工业的先导下，开始了概率统计理论在疲劳设计中的应用。 循环应力在工程上引起的疲劳破坏的应力或应变有时呈周期性变化，有时是随机的。在疲劳试验中人们常常把它们简化成等幅应力循环的波形，并用一些参数来描述。图1中σmax 和σmin 是循环应力的最大和最小代数值；γ＝σmin／σmax是应力比；σm＝（σmax＋σmin）／2是平均应力；σa＝（σmax－σmin）／2 是应力幅。当σm＝0时，σmax与σmin的绝对值相等而符号相反，γ＝－11，称为对称循环应力；当σmin＝0时，γ＝0称为脉动循环应力。 曲线S-N曲线中的S为应力（或应变）水平，N为疲劳寿命。S-N曲线是由试验测定的，试样采用标准试样或实际零件、构件，在给定应力比γ的前提下进行，根据不同应力水平的试验结果，以最大应力σmax或应力幅σa为纵坐标，疲劳寿命N为横坐标绘制S-N曲线（图2）。当循环应力中的σmax小于某一极限值时，试样可经受无限次应力循环而不产生疲劳破坏，该极限应力值就称为疲劳极限，图2中S-N曲线水平线段对应的纵坐标就是疲劳极限。而左边斜线段上每一点的纵坐标为某一寿命下对应的应力极限值，称为条件疲劳极限。 疲劳特征零件、构件的疲劳破坏可分为3个阶段：①微观裂纹阶段。在循环加载下，由于物体的最高应力通常产生于表面或近表面区，该区存在的驻留滑移带、晶界和夹杂，发展成为严重的应力集中点并首先形成微观裂纹。此后，裂纹沿着与主应力约成45°角的最大剪应力方向扩展，裂纹长度大致在0.05毫米以内，发展成为宏观裂纹。②宏观裂纹扩展阶段。裂纹基本上沿着与主应力垂直的方向扩展。③瞬时断裂阶段。当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外载荷时，物体就会在某一次加载下突然断裂。对应于疲劳破坏的3个阶段，在疲劳宏观断口上出现有疲劳源、疲劳裂纹扩展和瞬时断裂3个区（图3）。疲劳源区

影响金属材料疲劳强度大小的因素.

影响金属材料疲劳强度大小的因素 由于疲劳断裂通常是从机件最薄弱的部位或外部缺陷所造成的应力集中处发生, 因此疲劳断裂对许多因素很敏感,例如,循环应力特性、环境介质、温度、机件表面状态、内部组织缺陷等,这些因素导致疲劳裂纹的产生或速裂纹扩展而降低疲劳寿命。 为了提高机件的疲劳抗力, 防止疲劳断裂事故的发生, 在进行机械零件设计和加工时, 应选择合理的结构形状, 防止表面损伤, 避免应力集中。由于金属表面是疲劳裂纹易于产生的地方,而实际零件大部分都承受交变弯曲或交变扭转载荷, 表面处应力最大。因此, 表面强化处理就成为提高疲劳极限的有效途径。 由于工程实际的要求, 对疲劳的研究工作已逐渐从正常条件下的疲劳问题扩展到特殊条件下的疲劳问题,如腐蚀疲劳、接触疲劳、高温疲劳、热疲劳、微动磨损疲劳等。对这些疲劳及其测试技术还在广泛进行研究,并已逐步标准化 镀锌钢板的质量检验标准 优质品级镀锌板的质量要求包括规格尺寸、外观、镀锌量、化学成份、板形、机械性能和包装等几个方面。 1.包装 分为切成定尺长度的镀锌板和带卷镀锌板包装两种。一般铁皮包装, 内衬防潮纸, 外以铁腰子捆扎,捆扎牢靠,以防内装镀锌板相互摩擦 2.规格尺寸 有关产品标准 (以下述及都列明镀锌板推荐的标准厚度、长度和宽度及其允 许偏差。另外, 板的宽度和长度、卷的宽度也可按用户要求确定。 3.外观

表面状态:镀锌板由于涂镀工艺中处理方式不同,表面状态也不同,如普通锌花、细锌花、平整锌花、无锌花以及磷化处理的表面等。切成定尺长度的镀锌板及镀锌卷板不得存在影响使用的缺陷(以下详述 ,但卷板允许有焊接部位等若干不正常部分。 4.镀锌量 镀锌量标准值:镀锌量是表示镀锌板锌层厚度的一个普遍采用的有效方法。有两面镀锌量相同(即等厚镀锌和两面镀锌量不同(即差厚镀锌两种。镀锌量的单位为g/m2。 5.机械性能 (1抗拉试验:一般说来,只有结构用、拉伸用和深拉伸用镀锌板有抗拉性能要求。 (2弯曲试验:是衡量薄板工艺性能的主要项目。但各国标准对各种镀锌板的要求并不一致。一般要求镀锌板弯曲 180o 后, 外侧表面不得有锌层脱离, 板基不得有龟裂及断裂。 6.化学成份 对镀锌基板的化学成份的要求, 各国标准规定不同。如日本就不要求, 美国则要求。一般不作成品检验。 7.板形 衡量板形好坏有两个指标, 即平直度和镰刀弯。板的平直度和镰刀弯的最大允许值标准有一定规定。 下面列出有关镀锌板的国外主要标准,以作参考 [4, 5]: JIS G3302 镀锌钢板 JIS G3313 电镀锌钢板及钢带 ASTM A525 热浸镀锌薄钢板的一般要求

第三章影响疲劳强度的因素.

第三章形响疲劳强度的因素 M料的5?N曲找和報時W限.WffeKMK准）t消试柑W披埒性能- 而实际母件的尺寸、形状利衣Si倘况是各天各样的.勺标准试桦有鞭大雄别. 砂响机械歩件楝劳强哎的WS存la*,只屮七SW猱参丸下衣. ￡Tr*rF工作温度、工作坏境 ?.待*评应力状态、循环特征、《?效蛊、裁衙交变频率 ?丹■几河彤秋尺寸效应.統口效应 xn-AvruA.袤面光洁度.袤面防AtSb表面强化 材料本■化学成分，金《ffl织，秆《方向.内部缺陷 3J应力集中的影响 在机W琴件中-曲于结构上的《^求-不叩e兔地％花槽河.轴肩.孔.拐你 W口等不连续部分致枝栈面尿默发生灾变，由F零件戒构件几何彤状的不违续而 -JlfeJltXM力大得毛的WffW力的現象称为’?瞰力集＞ 应力集中对銭芳《腹的影响兀.并H足各种影响W*中 忌上耍作出的W洽?它大大酵低了寧ft的披劳《度。 应力集中降低銭劳僅找的作用町以用载劳缺□集数耒杭征.

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简述哪些因素对钢材性能有影响

三、简答题 1．简述哪些因素对钢材性能有影响？ 化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度规范值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的规范值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。

影响金属材料疲劳强度的八大因素和预防措施

影响金属材料疲劳强度的八大因素和预防措施 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感，外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分、组织状态、纯净度和残余应力等。 这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 01、应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。 这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ： 在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf： 光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。

疲劳缺口敏感度系数q： 疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算： q的数据范围是0~1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。 试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 02、尺寸因素的影响 由于材料本身组织的不均匀性以及内部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破坏概率的增加，从而降低材料的疲劳极限。 尺寸效应的存在，是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于大尺寸实际零件中的一个重要问题，由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中、应力梯度等完全相似地在小试样上再现出来，从而造成试验室结果与某些具体零件疲劳破坏之间的互相脱节。 03、表面加工状态的影响 机加工的表面总存在着高低不平的加工痕迹，这些痕迹就相

高强度螺栓疲劳校核

16、轮盘连接高强度螺栓疲劳强度校核 说明： 轮盘在设备的设计使用寿命期限内，始终处于受压状态，其三根弦杆承受压力作用，轮盘的整体弯矩由内、外弦杆的压力调幅来平衡，弦杆法兰连接的高强度螺栓承受的、由单独弦杆的弯矩引起的交变力很小。 由于法兰结合面的载荷全部为压力载荷，故螺栓的工作应力都小于其预紧力，故螺栓的拉力载荷总在预紧力一下某一范围波动。对螺栓而言，保证法兰结合面不松开，其压力载荷越大，螺栓残余预紧力就越小，螺栓的拉力就越小。本文的计算模型转变为较小圆角过度的阶梯轴拉伸（如图一），校核过渡截面的疲劳应力。 观览车的运行速度很慢，每周循环的时间为20分钟，考虑50年的使用寿命期，每年300天，每天工作8小时，共运行300000次循环，选小于结构钢S-N曲线的转折点的循环次数，且本文的计算载荷为正常满载+15m/s风载的载荷情况，故计算结果有一定的保守性。 疲劳设计方法是一门以试验为基础的设计方法，本计算选取的疲劳性能数据选自国内公开的《机械设计手册》数据。 图一：计算模型

附：螺栓无限寿命校核说明书 一、螺栓参数和预紧力： 螺栓直径：M30x160 性能等级：10.9级 过渡圆角：r=0.5mm 螺栓材料的破断强度：1000MPa 螺栓副连接的相对刚度：m b b C C C +=0.25 选用的单个螺栓预紧力矩：Nm T 1600= 则预紧力：kN N d T Q p 2671067.2030 .02.016002.05=?=?== 二、螺栓组载荷： 主管法兰圆周应力分布及载荷谱： 530*30螺栓组主管件轴力， 六点方位N=-4729kN ，七点半N=-4487kN ，九点N=-3785kN ，十点半N=-3181kN ，十一点N=-2961kN ，十二点N=-2300kN ，一点N=-2960kN ，一点半N=-3253kN ，三点N=-3891kN ，四点半N=-4552kN 。 最大压力：kN F a 4729-= 换算到单个螺栓的最大压力载荷：kN F F a 39412/472912/-=-== 螺栓最小拉力：kN F F C C C Q Q m b b p 1680.25267min =+=++ = 最小压力：kN F a 2300-=

影响材料性能的因素

1.0影响材料性能的因素 2.01.1碳当量对材料性能的影响字串9 决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。当碳当量（）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量有害元素时，石墨形状恶化。这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。当随着 C、Si的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加。因此，碳当量的提高将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。 1.2合金元素对材料性能的影响 在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo等促进珠光体生成元素，这些元素含量会直接影响珠光体的含量，同时由于合金元素的加入，在一定程度上细化了石墨，使基体中铁素体的量减少甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性能。在熔炼过程控制中，对合金的控制同样是重要的手段。 1.3炉料配比对材料的影响字串4 过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获得符合标准机械性能材料的观点，而实际上这种观点所看到的只是常规化学成分，而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如生铁是Ti的主要来源，因此生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti的含量，对材料机械性能产生很大的影响。同样废钢是许多合金元素的来源，因此废钢用量对铸铁的机械性能的影响是非常直接的。在电炉投入使用的初期，我们一直沿用了冲天炉的炉料配比（生铁：25~35%，废钢：30~35%）结果材料的机械性能（抗拉强度）很低，当我们意识到废钢的使用量会对铸铁的性能有影响时及时调整了废钢的用量之后，问题很快得到了解决，因此废钢在熔化控制过程中是一项非常重要的控制

钢筋疲劳计算

这部分要求大家掌握： 影响疲劳强度的主要因素包括，应力幅，应力循环次数，结构构造细节（构造细节决定了应力集中程度，教材按照规范把不同的构造分成了8种类型），疲劳强度的计算。 疲劳破坏属于脆断。 GB50017-2003规定，小结如下： 1、直接承受动力荷载重复作用的钢结构及其连接，当应力变化的循环次数n 等于或大于5万次时（美国规范是2万次），应进行疲劳计算； 2、应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳； 3、计算疲劳时，应采用荷载的标准值； 4、对于直接承受动力荷载的结构，计算疲劳时，动力荷载标准值不乘动力系数； 5、疲劳计算应采用容许应力幅法，应力按弹性状态计算。区分为常幅疲劳和变幅疲劳。常幅疲劳计算如下：Δσ≤[Δσ] Δσ——对焊接部位为应力幅，Δσ=σmax -σmin 对非焊接部位为折算应力幅，Δσ=σmax -0.7σmin βσ/1][?? ? ??=?n C ，n ——应力循环次数；C 、β参数，查表确定。 6、规定不适用于特殊条件（如构件表面温度大于150℃，处于海水腐蚀环境，焊后经热处理消除残余应力以及低周-高应变疲劳条件等）下的结构构件及其连接的疲劳计算。 规范存在的问题： （1）不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位，例如 σmax =140MPa 、σmin =-10MPa 和σmax =10MPa 、σmin =-140MPa 两种应力循环，Δσ都是150， 按规范计算疲劳强度相同，显然不合理。 （2）螺栓受拉时，螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予补充。

【计算例题】 某承受轴心拉力的钢板，截面为400mm ×20mm ，Q345钢，因长度不够而用横向对接焊缝如图所示。焊缝质量为一级，焊缝表面加工磨平，。钢板承受重复荷载，预期循环次数610=n 次，荷载标准值0,1365min max ==N kN N ，荷载设计值kN N 1880=。试进行疲劳计算。 提示：容许应力幅βσ/1][?? ? ??=?n C ，4,1061.812=?=βC ，2/295mm N f =。 更详细些的规定（不需要大家掌握）：GB50017-2003规范对疲劳计算所作的说明 6.1一般规定 6.1.1本条阐明本章的适用范围为直接承受动力荷载重复作用的钢结构，当其荷载产生应力变化的循环次数4105?≥n 时的高周疲劳计算。需要进行疲劳计算的循环次数，原规范规定为510≥n 次，考虑到在某些情况下可能不安全，参考国外规定并结合建筑钢结构的实际情况，改为4105?≥n 次。 6.1.2本条说明本章的适用范围为在常温、无强烈腐蚀作用环境中的结构构件和连

影响弹簧疲劳强度的六个因素

本文摘自再生资源回收-变宝网（https://www.docsj.com/doc/2b18989647.html,）影响弹簧疲劳强度的六个因素 弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。用弹性材料制成的零件在外力作用下发生形变，除去外力后又恢复原状。亦作“弹簧”。一般用弹簧钢制成。弹簧的种类复杂多样，按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧等。 1、屈服强度材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈 服强度越高，疲劳强度也越高，因此，为了提高弹簧的疲劳强度应设法提高弹簧材料的屈服强度，或采用屈服强度和抗拉强度比值高的材料。对同一材料来说，细晶粒组织比粗细晶粒组织具有更高的屈服强度。 2、表面状态最大应力多发生在弹簧材料的表层，所以弹簧的表面质量对疲劳强度 的影响很大。弹簧材料在轧制、拉拔和卷制过程中造成的裂纹、疵点和伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲劳断裂的原因。 材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。材料表面粗糙度对疲劳极限的影响。随着表面粗糙度的增加，疲劳极限下降。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种及不同的卷制方法其疲劳极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。因为钢制热卷弹簧及其热处理加热时，由于氧化使弹簧材料表面变粗糙和产生脱碳现象，这样就降低了弹簧的疲劳强度。 对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。 3、尺寸效应材料的尺寸愈大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性 愈高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下降。因此在计算弹簧的疲劳强度时要考虑尺寸效应的影响。

4、冶金缺陷冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施，可以大大提高钢材的质量。 5、腐蚀介质弹簧在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。例如在淡水中工作的弹簧钢，疲劳极限仅为空气中的10%~25%。腐蚀对弹簧疲劳强度的影响，不仅与弹簧受变载荷的作用次数有关，而且与工作寿命有关。所以设计计算受腐蚀影响的弹簧时，应将工作寿命考虑进去。 在腐蚀条件下工作的弹簧，为了保证其疲劳强度，可采用抗腐蚀性能高的材料，如不锈钢、非铁金属，或者表面加保护层，如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。实践表明镀镉可以大大提高弹簧的疲劳极限。 6、温度碳钢的疲劳强度，从室温到120℃时下降，从120℃到350℃又上升，温度高于350℃以后又下降，在高温时没有疲劳极限。在高温条件下工作的弹簧，要考虑采用耐热钢。在低于室温的条件下，钢的疲劳极限有所增加。 本文摘自变宝网-废金属_废塑料_废纸_废品回收_再生资源B2B交易平台网站； 变宝网官网：https://www.docsj.com/doc/2b18989647.html,/?qx 买卖废品废料，再生料就上变宝网，什么废料都有！

影响材料力学性能测试的因素

影响材料力学性能测试的因素 1 拉伸实验强度和延性丈量的准确度和偏向取决于能否严厉恪守指定实验办法并受设备和材料要素、试样制备和实验、丈量误差的影响。 2 关于相同材料的复验协商分歧取决于材料的平均性、试样制备的反复性、实验条件和拉伸实验参数的测定。 3 可影响实验结果的设备要素包括：拉伸实验机的刚性、减震才能、固有的频率和运动部件重量;力的指针准确度和实验机不同范围内力的运用;恰当的加力速度、用适宜的力使试样对中、夹具的平行度、夹持力、控制力的大小、引伸计的适用性和标定、热的消散(经过夹具、引伸计或辅助安装)等等。 4 能影响实验结果的材料要素包括：实验材料的代表性和平均性、试样型式、试样制备(外表光亮度，尺寸准确度，标距端部过渡圆弧，标距内锥度，弯曲试样，螺纹质量等等)。 a、有些材料对试样外表光亮度十分敏感(见注8) 必需研磨至理想光亮度，或者抛光至得到正确结果。 b、关于铸造的、轧制的、锻造的或其他非加工外表状态的试样，实验结果可能受外表特性影响(见注14)。 c、取自部件或构件隶属部位的试样，像外延局部或冒口，或者独立消费的铸件(例如, 脊形试块)可能产生不具部件或构件代表性的实验结果。 d、试样尺寸可能影响实验结果。关于圆柱形的或矩形的试样，改动试样尺寸普通对屈从强度和抗拉强度影响很小，但假如呈现改动，则可影响上屈从强度、伸长率和断面收缩率。用下式比拟不同试样测定的伸长率值： L0/(A0)1 / 2 ( 1) 其中： L0 = 试样的原始标距 A0 = 试样的原始横截面积 1 具有较小的L0/(A0)1 / 2 比值的试样普通会得出较大的伸长率和断面收缩率，例如矩形拉伸试样的宽度或厚度增加后，状况即如此。 2 坚持L0/(A0)1 / 2r比值固定最小值，但影响不大。由于增加图8比例试样的尺寸可发现伸长率和面积收缩有所增加或减少，这取决于材料和实验条件。 e、标距内有一个允许的1 %的锥度可招致伸长率值降低。1 %的锥度会使伸长率降低15 % 。