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疲劳比

疲劳比是指疲劳强度和拉伸强度之比(给出此数时必须注明它的平均应力和交变应力值)。

疲劳比基本信息

疲劳比疲劳的分类

疲劳比按研究对象

材料袋劳

通过标准试样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,疲劳试验方法和数据处理方法;材料的基本疲劳特性:环境和工次的影响;疲劳断口的宏观和微观形软等。

结构疲劳

以零部件,接头以至整机为研究对象,研究其疲劳性能、抗疲劳 设计方法,寿命估算方法,疲劳试验方法,以及形状、尺寸、表面 状态和工艺因素的影响,提高其疲劳强度方法等。

疲劳比按失效周期

高周疲劳

材料或结构在低于其服强度的循环应力作用下,经过104~105次以上的循环产生的失效。高周疲劳一般应力较低,材料处于弹性范围内,其应力应变是成比例的,也称应力疲劳,它是机械中最常见的疲劳。

低周疲劳

材料或构件在接近或超过其屈服强度的循环应力作用下,在低于104~105次塑性应变循环产生的失效。由于其应力超过弹性极限,产生较大塑性变形,应力应变不成比例,其主要参数是应变,也常称为应变疲劳。

疲劳比按载荷条件

随机疲劳

幅值和频率都是随机变化的,而且是不确定的。

冲击疲劳

小能量多次冲击引起的疲势。

接触疲劳

零件接触表面在接触压力循环作用下出现麻点、刺落或表层压碎利落,从面造成零件失效的疲劳。

微动磨损疲劳

当两零件表面相接触,并作小幅度的往复相对运动时,在接触表 面上产生的疲劳,经过附着、氧化、疲劳三个阶段,是机械过程和化学过程综合的结果。

声疲劳

由气体动力噪声、结构噪声或电磁噪声等噪声使结构件产生的疲劳,只有当作为激振力的噪声使结构件产生的应力-应变响应足够大,足以对结构材料造成线劳损伤时才可能产生声疲劳。

疲劳比按温度环境

高温疲劳

在高温环境下零件承受循环载荷发生的疲劳。高温指约在0.5T或再结晶温度以上,T为以热力学温度表示的金属熔点,高温劳是机械疲劳与蠕变共同作用结果。

低温疲劳

在低于室温环境下零件承受循环应力作用发生的疲劳。

热疲劳

由温度循环变化而引起应变循环变化产生的疲劳。

腐蚀疲劳

在腐蚀介质(如酸、碱、海水、淡水、活性气体等)和循环载荷联合作用下产生的疲劳。

疲劳比按适应力状态

单轴疲劳

指单向循环应力作用下的疲劳,这时零件只承受单向正应力或单向切应力。

多轴疲劳

指多向应力作用下的疲劳,也称复合疲劳。

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疲劳比造价信息

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疲劳比疲劳试验常见术语

1、循环屈服强度 Cyclic yield strength

符号:αy

循环应力应变曲线0.2%应变偏离处的屈服强度。

2、弹性应变 Elastic strain

符号:εe

总应变的弹性部分,εe=εt-εp

3、疲劳极限 Fatigue limit

应力振幅的极限值,在这个值以下,被测试样能承受无限次的应力周期。

注:见N个循环后的疲劳强度

4、疲劳缺口系数Fatigue notch factor

符号:Kf

在相同的疲劳寿命下,缺口试样的疲劳强度同平面试样疲劳强度的比值。

5、疲劳裂纹扩展速率 Fatigue crack growth rate

符号:da/dN

每个循环周期内裂纹扩展的长度(mm/周)。

6、疲劳裂纹扩展的门槛值 Fatigue crack growth threshold

符号:△Kth

da/dN 趋近于0的时候AK 的渐近线的值。

注:对多数材料门槛值定在10-8 mm/周对应的应力强度因子范围。2100433B

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疲劳比简介

疲劳比fatigue ratio该数值越小,说明材料抵抗疲劳作用的能力较差。从而提示人们需更密切注意由该材料制成的构件在实际工作中的疲劳破坏。

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疲劳比常见问题

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疲劳比文献

疲劳与断裂 疲劳与断裂

疲劳与断裂

格式:ppt

大小:893KB

页数: 未知

疲劳与断裂——工程力学: 将力学原理应用实际工程    系统的科学。   其目的是:了解工程系统的性态,    并为其设计提供合理的规则。   机械、结构等 受力如何?    如何运动?    如何变形?破坏?    如何控制设计?   

沥青膜厚度法评价抗疲劳层沥青混合料油石比 沥青膜厚度法评价抗疲劳层沥青混合料油石比

沥青膜厚度法评价抗疲劳层沥青混合料油石比

格式:pdf

大小:893KB

页数: 3页

文章针对FDAC13、FDAC16和FDAC25等3种连续型密级配沥青混合料的长寿命沥青路面抗疲劳层,分别通过马歇尔方法、最大粘结力方法以及疲劳寿命方法确定了沥青混合料抗疲劳层的最佳油石比。并依据平均沥青膜厚度的概念,对比分析了上述各种方法确定的油石比,提出了适合抗疲劳层沥青混合料最佳油石比的确定方法。

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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耐疲劳性疲劳寿命

在循环加载下,产生疲劳破坏所需的应力和应变循环数成为疲劳寿命。对实际构件疲劳寿命常以工作小时计。构件在出现工程裂纹以前的疲劳寿命称为裂纹形成寿命或裂纹起始寿命。工程裂纹指宏观可见或可检的裂纹,其长度无统一规定,一般在0.2--1毫米范围内。自工程裂纹扩展至完全断裂的疲劳寿命称为裂纹扩展寿命。总寿命时二者之和。

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疲劳7.疲劳性能

材料抵抗疲劳疲坏的能力。高循坏疲劳的裂纹形成阶段的疲劳性能常以S-N曲线表征,S为应力水平,N为疲劳寿命。S-N曲线需通过试验测定,试验采用小型标准试件或实际构件。若采用小型标准试件,则试件裂纹扩展寿命较短,常以断裂时循环次数作为裂纹形成寿命。试验在给定应力比R或平均应力

的前提下进行,根据不同应力水平的试验结果,以最大应力
或应力幅
为纵坐标,疲劳寿命N为横坐标绘制S-N曲线(图5)。表示寿命的横坐标采用对数标尺;表示应力的纵坐标采用算术标尺或对数标尺。在S-N曲线上,对应某一寿命值的最大应力
或应力幅
称为疲劳强度。疲劳强度一词也泛指与疲劳有关的强度问题。为了模拟实际构件缺口处的应力集中以及研究材料对应力集中的敏感性,常需测定不同应力集中系数下的S-N曲线。

对试验结果进行统计分析后,根据某一存活率p的安全寿命所绘制的应力和安全寿命之间的关系曲线称为p-S-N曲线。50%存活率的应力和疲劳寿命之间的关系曲线称为中值S-N曲线,也简称S-N曲线。

当循环应力中的最大应力

小于某一极限值时,试件可经受无限次应力循环而不产生疲劳裂纹;当
大于该极限值时,试件经有限次应力循环就会产生疲劳裂纹,该极限应力值就称为疲劳极限,或持久极限。如图5中S-N曲线的水平线段对应的纵坐标就是疲劳极限。

鉴于疲劳极限存在较大的分散性,人们根据现代统计学观点,把疲劳极限定义为:指定循环基数下的中值(50%存活率)疲劳强度。对于S-N曲线具有水平线段的材料,循环基数取107;对于S-N曲线无水平线段的材料(如铝合金),循环基数取107~108。疲劳极限可作为绘制S-N曲线长寿命区线段的数据点。

根据各种应力比R或平均应力

的S-N曲线族,以应力幅
为纵坐标,平均应力
为横坐标,还可绘出等寿命图(又称古特曼图)。图6为钢材等寿命图。图中同一曲线上的各点表示具有相同寿命的
值。各曲线汇交于横坐标轴上一点,该点
为零;
等于静强度极限

表征低循环疲劳裂纹形成阶段的疲劳件能的有曲线

(即应变-寿命曲线)和循环应力-应变曲线,它们都是通过控制恒定的应变幅的试验测定的,所以低循环疲劳又称应变疲劳。试验采用无缺口光滑小试件。测试时,始终保持拉应变和压应变绝对值相等且为一常量。由于材料处于塑性范围,所以在恒定应变幅
知循环下应力幅
不断发生变化。对于大多数材料,在达到疲劳寿命的一半之前,
即趋于稳定,最后可得到一闭合的迟滞回线(图7)。对各个试件用不同的应变幅值进行试验,可得到不同大小的迟滞回线。将各回线上、下端点用曲线连接起来就得到循环应力-应变曲线(图8)。若将各试件一直试验到破坏并记录其疲劳寿命,以应变幅
为纵坐标,疲劳寿命N为横坐标绘在双对数坐标纸上,则可得到
曲线(图9)。总应变幅
可分解为弹性应变分量和塑性应变分量,通常弹性应变-寿命关系和塑性应变-寿命关系在双对数坐标系中为两条直线。

对于高循环疲劳裂纹扩展,大量试验结果表明,疲劳裂纹扩展率

(每一应力循环的裂纹扩展与应力强度因子变程
的关系在双对数坐标系中如图10所示。其中a为裂纹长度,
,
分别为对应最大应力
和最小应力
的应力强度因子(见线弹性断裂力学)。由图10可见,裂纹扩展分为三个阶段。对于阶段I,当降低至某一极限值
时,裂纹基本不再扩展,该值称为疲劳门槛值。它受平均应力、环境和材料的微观结构等因素影响较大。对于裂纹扩展阶段Ⅱ,美国的P.C.帕里斯于1963年根据试验结果提出一个公式,后称为帕里斯公式:,

式中C和m为材料常数。对于一般常用结构钢铝合金,m=2~4。帕里斯公式在双对数坐标系中为一直线,与阶段Ⅱ的试验结果基本符合。裂纹扩展的最后阶段Ⅲ的机理比较复杂,在裂纹扩展寿命中所占比例甚小,研究也较少。

在变幅循环应力作用下,先行的髙峰应力循环对后继的低应力循环的裂纹形成和裂纹扩展的影响,称为过载效应。对于带有缺口或含裂纹的构件,在预先施加高峰拉应力后,在缺口处或裂纹尖端形成塑性区,产生有利的残余压应力,故可延长疲劳寿命。

疲劳疲劳载荷谱

结构或零件所承受的循环载荷实际上为一连续的随机过程。为了便于进行全尺寸疲劳试验和寿命估算,根据实测载荷数据编制出的模拟实际情况的载荷-时间历程称为载荷谱。产品疲劳寿命理论估算和试验结果的可靠性在很大程度上取决于载荷谱的真实性。载荷数据常常借助应变仪或过载计数仪等来测定。将实测载荷数据简化为一系列全循环或半循环的过程称为计数法。载荷谱的编制与所采用的计数法有关。国际上使用的计数法有十多种,早期使用的有峰值法、穿级法和变程法等。日前一般趋向于使用雨流法或变程对均值法。20世纪60年代以来,大多编制程序块谱(图11)。它的每一周期由若干级不同大小的恒幅载荷循环或恒幅应力循环组成,同一级的载荷循环称为一个程序块。每一周期内的程序块按一定图案排列,图11中程序块属于低-高-低序列。按周期逐次重复地施加载荷即所谓程序加载。为了更好地模拟实际情况,目前正研制一种按任务阶段划分的伪随机谱。在产品的预设计期间,为了预估疲劳寿命,载荷谱可取自有关规范,或者根据使用条件由理论计算导出。

累积损伤理论累积损伤理论提供了在程序加载或变幅加载下构件寿命估算的方法和依据。累积损伤理论至今虽有数十种,但应用最广的仍属最早提出的线性累积损伤理论,其内容如下:

设一个循环周期内含有k应力水平

,各级应力水平的循环数分别为
。令
分别表示在各级应力水平单独作用下的疲劳寿命(可由S-N曲线查得)。累积损伤理论认为:疲劳损伤度可用相应的循环比即
表示,如以T表示周期数,则在整个工作期间各级应力水平对构件所造成的损伤度分别为:
当损伤度总和累积至1(100%),即
时,构件即发生破坏。

疲劳累积损伤理论

由J.V.帕姆格伦和M.A.迈因纳分别于1942年和1945年各自独立提出。这一理论未考虑应力水平先后次序的影响,也未计及过载效应、欠应力(低于疲劳极限的应力)等影响,常常与试验结果相差很大,尚待进一步研究。但计算公式简便、直观,故在估算寿命时仍被广泛采用。

对于裂纹形成寿命的估算,一般采用名义应力法和局部应力应变法。名义应力法在应用累积损伤理论时,依据构件的S-N曲线或与构件应力集中系数相同的材料的S-N曲线计算损伤度。而局部应力应变法先对缺口根部进行应力应变分析,然后依据无缺口光滑小试件的曲线,计算每一循环的损伤并进行累积,进而给出寿命。另外,用于螺栓或铆钉连接件寿命估算的应力严重系数法,也基于具有应力集中的材料的S-N曲线。

估算裂纹扩展寿命,须先求出构件应力强度因子,以得到。再将帕里斯公式作适当修正后,利用数值积分法,即可求得由初始裂纹扩展至临界裂纹或断裂的寿命 。

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