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一、前沿
结构的失效形式多种多样,主要分为四类:静态失效、疲劳失效、断裂失效和屈曲失效。
静态失效是指…
疲劳失效是指…
断裂失效是指…
屈曲失效是指…
1.1 疲劳破坏定义
材料在远低于其强度极限甚至屈服极限的交变应力作用下,就发生断裂破坏的现象。任何材料都会发生疲劳破坏。
对于钢材,在疲劳破坏之前并没有明显的变形,是一种突然发生的断裂,断口平直,属于反复荷载作用下的脆性破坏。
在荷载反复作用下,结构构件母材和连接缺陷处或应力集中部位形成微细的疲劳裂纹,并逐渐扩展以至最后断裂的现象。
材料在循环应力和应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。
1.2 疲劳破坏特点
与静强度破坏相比,疲劳破坏有其显著特点,主要如下:
1. 仅在动荷载作用下,才会发生疲劳破坏;
2. 破坏时应力水平低,最大工作应力远小于材料的极限应力(强度极限/屈服极限);
3. 明显的局部性,疲劳破坏往往产生于高应力/高应变的局部,通常始于构件表面;
4. 延时脆性断裂,无论脆性材料还是塑性材料,疲劳破坏前均无明显征兆,是典型的脆性破坏。
局部性是疲劳失效的重要特征。因此,注意研究零部件的细节,尤其是应力应变集中处,尽力减小应力集中的发生,对提高零部件工作质量,延长构件寿命具有积极意义。
1.3 疲劳破坏原因
实际材料非理想的均匀连续体,其表面/内部存在一些局部缺陷,如气孔、杂质、微裂纹等。
在荷载作用下,缺陷处的截面上易产生应力集中,截面上的应力分布将不再均匀,在高应力附近会出现微观裂纹。
在循环荷载作用下,微观裂纹不断扩展,逐渐形成宏观裂纹,这时截面被削弱,裂纹处的应力集中现象更加严重,当荷载循环到一定次数时,削弱处的截面就会发生脆性断裂破