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金属疲劳

金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。 当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值虽然始终没有超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏,这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象,就叫做金属的疲劳破坏。

金属疲劳基本信息

金属疲劳疲劳特点

1、疲劳为低应力循环延时断裂,即具有寿命的断裂,其断裂应力水平往往低于材料抗拉强度,甚至屈服强度。

2、疲劳为脆性断裂,由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低,所以不论是韧性材料还是脆性材料,在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有型预兆。

3、疲劳对缺陷十分敏感,由于疲劳破坏是从局部开始的,所以它对缺陷具有高度的选择性。

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金属疲劳造价信息

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疲劳地垫

  • 类型:3FT×5FT;规格:0.9m×1.5m;使用范围:CCD工作区域;颜色:黑色;
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数显式弹簧疲劳试验机

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门窗疲劳试验机

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弯扭复合疲劳试验机

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  • 济南金恒翔机电有限公司
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金属

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金属

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金属

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金属

  • 2MT30 300×300优等品
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金属

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数显式弹簧疲劳试验机

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弯扭复合疲劳试验机

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砂浆疲劳试验机

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高速纯弯曲疲劳试验机

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金属疲劳过程机理

疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及最后失稳扩展三个阶段,其疲劳寿命Nf由疲劳裂纹萌生期Ni和裂纹亚稳扩展期Np所组成。

疲劳裂纹萌生主要包括:

1、滑移带开裂产生裂纹,金属在循环应力长期作用下,即使是应力低于屈服应力,也会发生循环滑移并形成循环滑移带。

2、相界面开裂产生裂纹,很多疲劳源是由材料中的第二相或夹杂物引起的,便提出了第二相、夹杂物和基体界面开裂,或第二相、夹杂物本身开裂的疲劳裂纹机理。

3、晶界开裂产生裂纹,多晶体材料由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向性,位错在某一晶粒内运动会受到晶界的阻碍作用,在晶界处发生位错塞积和应力集中现象。在应力不断循环下,晶界处得应力集中得不到松弛,应力峰越来越高,当超过晶界强度时就会在晶界处产生裂纹。

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金属疲劳物理原理

金属疲劳英文词条名:fatigue of metal。金属疲劳是指一种在交变应力作用下,金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下,经过一段时间后,在局部高应力区形成微小裂纹,再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性,在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点,故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。

金属内部结构并不均匀,从而造成应力传递的不平衡,有的地方会成为应力集中区。与此同时,金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。在力的持续作用下,裂纹会越来越大,材料中能够传递应力部分越来越少,直至剩余部分不能继续传递负载时,金属构件就会全部毁坏。

早在100多年以前,人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后,还不能查明疲劳破坏的原因。直到显微镜和电子显微镜相继出现之后,使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果,并且有了巧妙的办法来对付这个大敌。

在金属材料中添加各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法。例如,在钢铁和有色金属里,加进万分之几或千万分之几的稀土元素,就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领,延长使用寿命。随着科学技术的发展,现已出现“金属免疫疗法”新技术,通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度,以抵抗疲劳损坏。此外,在金属构件上,应尽量减少薄弱环节,还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度,以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施,以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候,要进行对金属内部结构的检测,对防止金属疲劳也很有好处。

金属疲劳所产生的裂纹会给人类带来灾难。然而,也有另外的妙用。利用金属疲劳断裂特性制造的应力断料机已经诞生。可以对各种性能的金属和非金属在某一切口产生疲劳断裂进行加工。这个过程只需要2秒钟以下的时间,而且,越是难以切削的材料,越容易通过这种加工来满足人们的需要。

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金属疲劳常见问题

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金属疲劳相关区别

材料力学是根据静力实验来确定材料的机械性能(比如弹性极限屈服极限强度极限)的,这些机械性能没有充分反映材料在交变应力作用下的特性。因此,在交变载荷作用下工作的零件或结构,如果还是按静载荷去设计,在使用过程中往往会发生突发性故障。

疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质区别:

(1)静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏:疲劳破坏是多次反复载荷作用下的破坏,它不是短期内发生的,而是要经历一定的时间,甚至很长时间才发生破坏。

(2)当静应力小于屈服极限或强度极限时,不会发生静力破坏;而交变应力在远小于静强度极限,甚至小于屈服极限的情况下,疲劳破坏就可能发生。

(3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生:疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象,哪怕是塑性良好的金属也这样,就像脆性破坏一样,事先不易觉察出来,这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。

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金属疲劳寿命公式

常规疲劳强度计算是以名义应力为基础的,可分为无限寿命计算和有限寿命计算。零件的疲劳寿命与零件的应力、应变水平有关,它们之间的关系可以用应力一寿命曲线(σ-N曲线)和应变一寿命曲线(δ-Ν曲线)表示。应力一寿命曲线和应变一寿命曲线,统称为S-N曲线。根据试验,有三种数学表达式:

1、幂函数式:(σ^m)*N=C

式中:N应力循环数,m、C材料常数。

2、指数式:exp{mσ}*N=C

式中:N为应力循环数,m、C为材料常数。

3、考虑疲劳强度,则幂函数式演变为三参数式:[(σ-σf)^m]*N=C

式中:N为应力循环数,m、C为材料常数,σf为疲劳强度。

在疲劳试验中,实际零件尺寸和表面状态与试样有差异,常存在由圆角、键槽等引起的应力集中,所以,在使用时必须引入应力集中系数K、尺寸系数ε和表面系数β。2100433B

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金属疲劳文献

金属疲劳试验方法介绍 金属疲劳试验方法介绍

金属疲劳试验方法介绍

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百若仪器,您可信赖的材料试验机制造商 www.bairoe.com 上海百若试验仪器有限公司是国内的材料试验设备和材料试验方案的专业制造商和服务商, 合作了从国内到国外大批的用户,是值得信赖的试验机制造商。 金属疲劳试验方法介绍 百若试验仪器服务范围: 全系列电子萬能试验机、 全系列电液伺服萬能试验 机、全系列电液伺服压力试验机、 全系列电液伺服疲劳试验机、 应力腐蚀裂纹扩 展速率试验机、应力腐蚀慢应变速率试验机、板材成形试验机、杯突试验机、紧 固件横向振动疲劳试验机、 多功能螺栓紧固分析系统、 扭矩轴力联合试验机、 松 弛试验机、锚固试验机、扭转试验机、冲击试验机、压剪试验机、液压卧式拉力 试验机、光缆成套试验设备等。 百若试验仪器就来说说 金属疲劳试验方法介绍 金属疲劳试验 金属疲劳试验大纲 1.通过金属材料疲劳实验 ,测定金属材料的 σ-1(107), 绘制材 料的 S-N 曲线

常用的金属疲劳试验数据 常用的金属疲劳试验数据

常用的金属疲劳试验数据

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常用的金属疲劳试验数据

原创丨金属疲劳基础 之一金属会疲劳的

生活中到处都能看到机械失效,但是,你可知道?据统计,80~95%的机械失效都是由于金属疲劳造成的,每年造成的GDP损失在全世界范围内高达4%,这是一个惊人的数字。人疲劳了,劳动效率就会降低,会出错。而金属疲劳了,可能造成巨大的经济损失和人身伤害的。下面先八卦几个金属疲劳的新闻,让你看看这玩意有多厉害。

1949年,第一架喷气式民航客机──来自英国的De Havilland 的“彗星Comet”号首次飞行。1954年,其在短短5个月之内连续发生了两起坠毁事故,正因为这两起空难使得“金属疲劳”得到了工程界甚至普罗大众的充分重视。事后调查,彗星飞机是第一批使用增压舱的飞行器,采用的是方形窗口。其应力集中区在窗角,雪上加霜的是窗角的铆钉孔是冲压出来的,存在冲压撕裂带,也就是存在肉眼不易察觉的微裂纹,反复增压-减压以及飞行过程中的其他变化载荷作用在窗角,造成微裂纹不断扩大,最后导致机舱解体。Comet空难夺去了68人的生命,也直接导致拥有当时最先进民航客机的De Havilland公司倒闭。 前车之鉴让有着类似惨痛经历的波音公司,痛定思痛空前重视金属疲劳问题,投入了大量的人力物力来研究金属疲劳。这也换来了今天的民航客机的舷窗都是弧形窗角。

其实,国内也有类似的惨痛经历。我国在上世纪80年代的中美蜜月期引进了24架大名鼎鼎的黑鹰black hawk直升机,其中一架于1987年在气象条件极佳的情况下,突然无故坠毁,截至失事前,该黑鹰共飞行331小时,而其设计飞行寿命高达为5900小时。这也引起了中美双方的一场嘴仗。我国专家根据痕迹检验和断口分析,发现黑鹰尾传动轴上有一条0.5毫米宽、0.06毫米深的加工刀痕,在刀痕底部延伸出一条深0.15毫米的沿晶裂纹。正是加工中的切削刀痕和沿晶裂纹这个“疲劳源”不能长期承受正常载荷下的高循环,又逐渐向外延伸成了大的裂痕,因而造成尾传动轴使用331小时就疲劳断裂,从而导致事故的发生,我国专家的结论终于令老美折服,也为国家赢得了300万美元的赔偿。高循环的循环应力是直接原因,但这个是无法避免的,切削刀痕和沿晶裂纹是直接诱因,也是root cause。八卦了这么久之后,那么到底什么是金属疲劳?

金属疲劳metal fatigue是指材料、零构件在一定时间的循环应力或循环应变作用下的破坏现象。首先它是显著区别于静力载荷带来的破坏的。静力破坏是一次性载荷作用下的破坏,疲劳破坏是重复载荷作用下的破坏,必然是需要一定时间的。当静力载荷带来的应力必须大于其屈服或者抗拉强度;而交变应力通常小于屈服极限。以生活常识来说,当你需要弄断一段铁丝,通常你会以某点为中心左右来回拧它,很快铁丝就断了,左右拧就是施加循环载荷,最后的破坏就是疲劳破坏。当然,如果你会七十二手错骨分筋手的话,可能一下就可将铁丝分筋错骨的话,那就是静力破坏了。

金属疲劳的基本特点肯定是循环载荷,其实在工程实际中,结构通常承受的是随机载荷,但是聪明的工程师们通常会把随机载荷转化成若干循环载荷的组合,常用方法有计数法和功率谱法。这样做的目的是便于分析和作为疲劳试验的输入,毕竟常见的疲劳试验机都是用正弦输入来加载的,这样既简单又有很好的重复性。这也符合人的天性-把复杂问题分割成简单问题。最简单的循环载荷如下图:

其中:平均应力Mean为

应力幅Amplitude为:

循环特征Ratio为:

这时候又可以分为: 当R=-1的时候,

当R=0的时候,

当R=1的时候,就变成了七十二手错骨分筋手的静力载荷了。

知道了以上最基本的金属疲劳知识之后,工程师永远要回答一个问题,如何能设计一个靠谱的结构能够抵抗金属疲劳?并且拥有一定的寿命呢?

请看金属疲劳基础(二)- 应力-寿命设计法(Stress – life method)

总装工艺之加注

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高纬度地区钢板库的金属疲劳程度简介

高纬度地区钢板库的金属疲劳程度

钢板库库壁用金属内部结构并不均匀,从而造成应力传递的不平衡,有的地方会成为应力集中区。与此同时,金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。高纬度地区,由于气压、温度大大低于正常数值,在力的持续作用下,裂纹会越来越大,钢板库库壁用金属材料中能够传递应力部分越来越少,直至剩余部分不能继续传递负载时,钢板库的金属库壁就会全部毁坏,导致钢板库的暴库。 金属疲劳程度与气压、温度、金属应力结构、电磁强度等问题相关。钢板库库壁用金属疲劳程度还与内容物的密度、内容物的含水量、内容物的侧压力等详细数据有关。目前,鼎立钢板库有限公司由于采用了“沉降减压抗震建筑基础结构(专利号)” 、多功能锥形大型仓储库(专利号)等23项专利技术,尤其是粉料储库完全出料系统、任意地质条件下的增加建筑基础承载力的结构、高纬度地区金属储库库壁降低疲劳度预防暴库的方法等关键技术的使用,提高了粉料储库的出料比率、提高了大型钢板库建筑基础承载力、把高纬度地区大型钢板库的使用寿命延长到理论设计年限。2100433B

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金属疲劳试验简介

在足够大的交变应力作用下,于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位,都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展,构件横截面逐步削弱,当达到一定限度时,构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象,称为金属的疲劳。静载下塑性性能很好的材料,当承受交变应力时,往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下,突然断裂。疲劳断口明显地分为两个区域:较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后,交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合,相互挤压反复研磨,光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化,在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区,则是最后突然断裂形成的。统计数据表明,机械零件的失效,约有70%左右是疲劳引起的,而且造成的事故大多数是灾难性的。因此,通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。2100433B

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