疲劳与断裂力学 第2章 金属材料的常幅疲劳行为

第二章 金属材料的常幅疲劳行为

第一节 金属材料的循环应力应变特性一、交变载荷交变荷载作用下应力随时间变化的曲线，称为应力谱。 随着时间的变化，应力在一固 定的最小值和最大值之间作周期性 的交替变化，应力每重复变化一次 的过程称为一个应力循环。

一个应力循环

Δ

max minO t

通常用以下参数描述循环应力的特征 (1)应力比 r

一个应力循环

min r max

Δ

max min

r = -1 :对称循环 ； r = 0 :脉动循环 。 Or < 0 :拉压循环 ； r > 0 :拉拉循环 或压压循环。 (2)应力历程 (3)平均应力 m (4)应力幅值 a

t

max min

1 m ( max min ) 2

a 1 ( max min ) 2

一个非对称循环应力可以看作是在一个平均应力 m 上叠加一个应力历程为 的对称循环应力组合构成。

二、循环滞回环和Bauschinger效应循环滞回环

e p 2 2 2

Bauschinger效应

循环软/硬化行为应变控制循环加载

循环软/硬化行为应力控制循环加载

OFHC紫铜的循环硬化行为

其它材料的循环软/硬化行为

SA333 C–Mn钢

304LN 不锈钢

应变幅值依赖性

单调和循环应力应变曲线50% of the fatigue life

循环应力应变曲线的确定方法成组试样法 通过一系列不同应变水平的应变控制循环试验，得到 其稳定的滞回环，进而确定循环应力应变曲线。

耗时 耗材

增级试验法 采用各级应变水平由小到大再由大到小构成的程序块， 由一根试样反复试验直至响应应力达到稳定值，将这个稳 定循环程序块得到的许多滞回环顶点连接起来即可得到循 环应力应变曲线。

Masing效应在不同应力水平得到的滞回环通过坐标平移，使其最 低点与原点重合，如果滞回环最高点的连线与其上行线重 合，则该材料具有Masing效应。

没有Masing效应的材料

SA333C-Mn钢

304LN不锈钢

平均应力松弛非对称应变循环过程中，响应的平均应力随循环周次 增加而逐渐下降的现象称为平均应力松弛。

棘轮行为非对称应力循环过程中，塑性应变的循环累积现象称 为棘轮行为(Ratchetting)。