疲劳裂纹的亚临界扩展.docx

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1、疲劳裂纹的亚临界扩展1疲劳裂纹的亚临界扩展弹簧的断裂都是有裂纹引起的，然而裂纹尖端附近的应力场对裂纹的静止、平衡和发展都有直接的影响。当弹簧在承受静载荷的情况下，只要其工作应力小于其临界应力，弹簧在静应力水平下工作就是安全而且可靠的，除非在工作应力2临界应力情况下，弹簧才会发生脆性破坏。但是弹簧在承受交变应力的情况下，有时即使是在很低的应力状况下进行工作，都会出现弹簧疲劳断裂的情况。这是因为当弹簧中有初始裂纹时，它就会在交变应力的作用下发生缓慢的扩展，当其扩展到一定状态时，弹簧就会发生断裂。裂纹从其初始值扩展到临界值的过程，称为疲劳裂纹的亚临界扩展，也就是宏观裂纹的剩余寿命阶段。2 .弹簧脆性

2、断裂是什么弹簧在工作时所承受的应力大致有两种情况：静应力和变应力。这两种不同的应力作用在弹簧上时，它们会产生两种完全不同的力学性能。弹簧受静应力所产生的破坏叫做塑性变形或者是叫做脆性断裂。然而零件或材料受变应力的破坏则叫做疲劳断裂。3 .弹簧疲劳断裂是什么弹簧在工作时所承受的应力大致有两种情况：静应力和变应力。这两种不同的应力作用在弹簧上时，它们会产生两种完全不同的力学性能。弹簧受静应力所产生的破坏叫做塑性变形或者是叫做脆性断裂。然而零件或材料受变应力的破坏则叫做疲劳断裂。4 .弹簧变应力的类型弹簧变应力的类型分为稳定性循环变应力、不稳定循环变应力、随机变应力。稳定性循环变应力：弹簧每次循环中

3、，最大幅值和最小幅值都不随时间变化的变应力。不稳定循环变应力：弹簧每次循环中，最大幅值和最小幅值都随时间变化的变应力。随机变应力：不呈现出周期性变化，而且带有偶然性的变应力。5 .弹簧材料的疲劳极限一般情况下，材料疲劳性能试验所用的小尺寸光滑圆柱试件是标准试件。通过材料的基本S-N曲线，我们可以看到它所展示的是在恒幅对称循环应力的作用下光滑材料的裂纹萌生寿命。在应力比一定的情况下，对一组标准试件施加不同应力幅进行试验，记录其相应疲劳寿命，就可以得到S-N曲线。当应力比一定时，应力越小，产生的疲劳寿命就越长。当应力小于某个极限值时，弹簧就不会发生破坏，寿命趋于无限大。由S-N曲线所确定的，对应于

4、疲劳寿命N的应力，被称为寿命N的疲劳强度，记做Sn。疲劳寿命N趋于无穷大时所对应的应力S的极限值被称为弹簧材料的疲劳极限。6 .弹簧裂纹扩展弹簧的断裂都是有裂纹引起的，然而裂纹尖端附近的应力场对裂纹的静止、平衡和发展都有直接的影响。当弹簧在承受静载荷的情况下，只要其工作应力小于其临界应力，弹簧在静应力水平下工作就是安全而且可靠的，除非在工作应力，临界应力情况下，弹簧才会发生脆性破坏。但是弹簧在承受交变应力的情况下，有时即使是在很低的应力状况下进行工作，都会出现弹簧疲劳断裂的情况。这是因为当弹簧中有初始裂纹时，它就会在交变应力的作用下发生缓慢的扩展，当其扩展到一定状态时，弹簧就会发生断裂。裂纹从

5、其初始值扩展到临界值的过程，称为疲劳裂纹的亚临界扩展，也就是宏观裂纹的剩余寿命阶段。7 .弹簧裂纹包含哪些弹簧缺陷在实际存在的形式是多样化的，它不仅包括裂纹，还包括弹簧在加工过程中引起的刀痕、刻槽，在冶炼时所产生的气孔、杂质，在焊接时所产生的过烧、未焊透、裂缝、咬边、气孔、夹杂物，铸件中的缩孔、疏松，以及在不同环境中使用结构时产生的腐蚀裂纹和疲劳裂纹等。这些缺陷在断裂力学中通常被都简化为裂纹，而且都统称为“裂纹”。8 .弹簧疲劳曲线（S-N曲线）在工程的实际中，为了评价和估算疲劳寿命或者是疲劳强度，这就需要建立外载荷与寿命之间的关系。能够反映外加变应力S与疲劳寿命N之间关系的曲线叫做S-N曲线

6、，或称之为WOh1er曲线，它是根据材料的疲劳强度实验数据得出的。这就是所谓的材料的S-N曲线。一般情况下，材料疲劳性能试验所用的小尺寸光滑圆柱试件是标准试件。通过材料的基本S-N曲线，我们可以看到它所展示的是在恒幅对称循环应力的作用下光滑材料的裂纹萌生寿命。在应力比一定的情况下，对一组标准试件施加不同应力幅进行试验，记录其相应疲劳寿命，就可以得到S-N曲线。当应力比一定时，应力越小，产生的疲劳寿命就越长。当应力小于某个极限值时，弹簧就不会发生破坏，寿命趋于无限大。由S-N曲线所确定的，对应于疲劳寿命N的应力，被称为寿命N的疲劳强度，记做Sn。疲劳寿命N趋于无穷大时所对应的应力S的极限值被称为

7、材料的疲劳极限。因为疲劳极限是通过材料的疲劳试验确定的，而且试验是不可能一直做下去的，所以在很多试验研究的基础上所谓的“无穷大”一般被定义为：钢材，10的7次方循环。满足SS的设计就是无限寿命设计。9 .弹簧长寿命设计在工程的实际中，为了评价和估算疲劳寿命或者是疲劳强度，这就需要建立外载荷与寿命之间的关系。能够反映外加变应力S与疲劳寿命N之间关系的曲线叫做S-N曲线，或称之为Woh1er曲线，它是根据材料的疲劳强度实验数据得出的。这就是所谓的材料的S-N曲线。一般情况下，材料疲劳性能试验所用的小尺寸光滑圆柱试件是标准试件。通过材料的基本S-N曲线，我们可以看到它所展示的是在恒幅对称循环应力的作用下光滑材料的裂纹萌生寿命。在应力比一定的情况下，对一组标准试件施加不同应力幅进行试验，记录其相应疲劳寿命，就可以得到S-N曲线。当应力比一定时，应力越小，产生的疲劳寿命就越长。当应力小于某个极限值时，弹簧就不会发生破坏，寿命趋于无限大。由S-N曲线所确定的，对应于疲劳寿命N的应力，被称为寿命N的疲劳强度，记做Sn。疲劳寿命N趋于无穷大时所对应的应力S的极限值被称为材料的疲劳极限。因为疲劳极限是通过材料的疲劳试验确定的，而且试验是不可能一直做下去的，所以在很多试验研究的基础上所谓的“无穷大”一般被定义为：钢材，10的7次方循环。满足SVS的设计就是无限寿命设计。