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疲劳破坏的控制因素是应力幅、应变幅,除此之外还有一些因素也显著影响结构的疲劳寿命,
分别介绍如下。
(1)平均应力的影响
从疲劳破坏机理来看,当结构件在受拉平均应力作用下时,裂纹张开,容易导致裂纹扩展;在受压平均应力作用下时,裂纹闭合,对结构不会产生不利影响。所以一般来说,受拉平均应力不利于疲劳寿命,受压平均应力有利于疲劳寿命,或不影响疲劳寿命。一般疲劳分析软件都会考虑平均应力的影响。
(2)尺寸的影响对处于均匀应力场的试件,大尺寸试件比小尺寸试件含有更多的疲劳损伤源;对处于非均匀应力场中的试件,大尺寸试件疲劳损伤区的应力比小尺寸试件更加严重。这两个原因导致了试件尺寸越大疲劳强度越低,越不利于疲劳寿命。
(3)载荷形式的影响载荷形式对疲劳寿命也有显著的影响。以标准试件的拉压和弯曲加载为例,在两种加载形式下,当应力最大值相同时,拉压加载中高应力区体积为整个试验段:弯曲情形下的高应力区则小得多。因为拉压循环时高应力区的材料体积大,存在缺陷并由此引发裂纹萌生的可能性也大,所以同样的应力水平下,拉压循环载荷作用时的寿命比弯曲时短。
(4)表面粗糙度的影响
若试件表面粗糙,将使局部应力集中的程度加大,裂纹萌生寿命缩短。材料强度越高,粗糙度的影响越大。表面加工时的划痕、碰伤都可能是潜在的裂纹源。
(5)表面处理的影响
一般来说,疲劳裂纹总是起源于表面。为了提高疲劳性能,除需要改善粗糙度外,常常采用各种方法在构件的高应力表面引人压缩残余应力,以达到提高疲劳寿命的目的。表面渗碳或渗氮处理可以提高表面材料的强度并在材料表面引人压缩残余应力,实验表明,渗碳或渗氨处理可使钢材疲劳极限提高一倍。反之,热轧或锻造会使材料表面脱碳,强度下降并在材料表面引入拉伸残余应力。这两种不利的作用可使材料的疲劳极限降低50%,甚至更多。
(6)温度的影响
金属材料的疲劳极限一般会随温度的降低而增加,但随着温度下降,材料的断裂韧性也会下降,表现出低温脆性,一旦出现裂纹,就容易发生失稳断裂。高温降低材料的强度可能引起蠕变对疲劳也是不利的。同时还要注意,为改善疲劳性能而引人的残余压应力也会因温度升高而消失。
本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》,版权归原作者所有,如有侵犯您的权益,请及时联系我们,我们将立即删除。
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