第三節(jié) 疲勞壽命理論及應用
一、基本概念
應力、應變、材料強度、許用應力
應力是機械零件的材料內任一點處由于外力作用或不均勻加熱或永久變形產生的單位截面積上的內力。應力用內力與截面積的比值表示。分為正應力(或法向應力)，用σ表示;切應力(或剪應力)，用τ表示。正應力和切應力的矢量和為總應力。
應變是機械零件材料內部任一點因外力作用引起的形狀和尺寸的相對改變。與正應力和切應力，相對應，應變分為線應變和角應變。當外力卸除后，物體能夠全部恢復到原來狀態(tài)的應變，稱為彈性應變;如只能部分地恢復到原來狀態(tài)，其殘留下來的那一部分稱為塑性應變。
材料強度的指標有：比例極限σp、彈性極限σe、屈服極限σs、強度極限σb，其中屈服極限和強度極限是評價材料靜強度的重要指標。
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許用應力是機械設計中允許零件或構件承受的應力值，要判定零件或構件受載后的工作應力過高或過低，需要預先確定一個衡量的標準，這個標準就是許用應力。許用應力等于考慮各種影響因素后經適當修正的材料失效應力除以安全系數。靜強度設計中塑性材料以屈服極限作為失效應力，脆性材料以強度極限作為失效應力。
二、疲勞及疲勞壽命。
疲勞損傷發(fā)生在受交變應力(或應變)作用的零件和構件，零件和構件在低于材料屈服極限的交變應力(或應變)的反復作用下，經過一定的循環(huán)次數以后，在應力集中部位萌生裂紋，裂紋在一定條件下擴展，最終突然斷裂，這一失效過程稱為疲勞破壞。材料在疲勞破壞前所經歷的應力循環(huán)數稱為疲勞壽命。
三、疲勞壽命曲線
常規(guī)疲勞強度計算是以名義應力為基礎的，可分為無限壽命計算和有限壽命計算。零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關，它們之間的關系可以用應力——壽命曲線(σ一N曲線)和應變——壽命曲線(δ一N曲線)表示。應力——壽命曲線和應變——壽命曲線，統稱為S一N曲線。根據試可得其數學表達式： σmN=C
式中：N——應力循環(huán)數;
m、C——材料常數
在疲勞試驗中，實際零件尺寸和表面狀態(tài)與試樣有差異，常存在由圓角、鍵槽等引起的應力集中，所以，在使用時必須引入應力集中系數K、尺寸系數ε和表面系數β。
一、基本概念
應力、應變、材料強度、許用應力
應力是機械零件的材料內任一點處由于外力作用或不均勻加熱或永久變形產生的單位截面積上的內力。應力用內力與截面積的比值表示。分為正應力(或法向應力)，用σ表示;切應力(或剪應力)，用τ表示。正應力和切應力的矢量和為總應力。
應變是機械零件材料內部任一點因外力作用引起的形狀和尺寸的相對改變。與正應力和切應力，相對應，應變分為線應變和角應變。當外力卸除后，物體能夠全部恢復到原來狀態(tài)的應變，稱為彈性應變;如只能部分地恢復到原來狀態(tài)，其殘留下來的那一部分稱為塑性應變。
材料強度的指標有：比例極限σp、彈性極限σe、屈服極限σs、強度極限σb，其中屈服極限和強度極限是評價材料靜強度的重要指標。
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許用應力是機械設計中允許零件或構件承受的應力值，要判定零件或構件受載后的工作應力過高或過低，需要預先確定一個衡量的標準，這個標準就是許用應力。許用應力等于考慮各種影響因素后經適當修正的材料失效應力除以安全系數。靜強度設計中塑性材料以屈服極限作為失效應力，脆性材料以強度極限作為失效應力。
二、疲勞及疲勞壽命。
疲勞損傷發(fā)生在受交變應力(或應變)作用的零件和構件，零件和構件在低于材料屈服極限的交變應力(或應變)的反復作用下，經過一定的循環(huán)次數以后，在應力集中部位萌生裂紋，裂紋在一定條件下擴展，最終突然斷裂，這一失效過程稱為疲勞破壞。材料在疲勞破壞前所經歷的應力循環(huán)數稱為疲勞壽命。
三、疲勞壽命曲線
常規(guī)疲勞強度計算是以名義應力為基礎的，可分為無限壽命計算和有限壽命計算。零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關，它們之間的關系可以用應力——壽命曲線(σ一N曲線)和應變——壽命曲線(δ一N曲線)表示。應力——壽命曲線和應變——壽命曲線，統稱為S一N曲線。根據試可得其數學表達式： σmN=C
式中：N——應力循環(huán)數;
m、C——材料常數
在疲勞試驗中，實際零件尺寸和表面狀態(tài)與試樣有差異，常存在由圓角、鍵槽等引起的應力集中，所以，在使用時必須引入應力集中系數K、尺寸系數ε和表面系數β。