金屬材料疲勞的案例
GBT 6398-1986 金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法
GB T 6398-1986 金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-12-18 21:39:53被mgh_nx評為5星級，為發貼者加分100。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font><br/><br/><b>附件地址：</b><a href="http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=8093" target="_blank"><b>http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=8093</b></a>
展開 書籍－－金屬材料的腐蝕疲勞
希望對朋友們有幫助啊
金屬材料的腐蝕疲勞.part1.rar
金屬材料的腐蝕疲勞.part2.rar
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計。
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橡膠疲勞≠金屬疲勞 第1部分：平均應變效應
橡膠和金屬的力學行為有非常大的差異，我們首先可以從平均應變或應力對材料疲勞性能影響的角度來分析這種差異。
圖1顯示了幾個典型的等幅應變循環，每個循環都處于不同的平均應變水平。在循環疲勞試驗中，如果施加的應力幅度等于平均應力，我們把這種情況稱為脈沖載荷循環或全松弛載荷循環。如果平均應力為零，我們把這種情況稱為完全反轉的拉伸/壓縮加載循環。如果最小應力總是正的，則稱為非全松弛載荷循環（即試樣總是處于加載狀態）。非全松弛載荷循環在應用中很常見，例如：在安裝過程中對產品施加了預載荷；襯套在模壓過程中產生的壓縮預應力、過盈配合、由于熱膨脹/收縮而產生的內應力；以及在輪胎中，簾線的形狀記憶效應。
圖1. 在三種不同的平均應變下的恒定振幅加載循環
在金屬疲勞分析方法中，通常以應力幅度σa和平均應力σm相對于屈服應力σy和極限應力σu的大小來定義應力均值效應對金屬材料疲勞行為的影響。如圖2所示。當加載應力處于疲勞閾值應力σ0以下時，材料具有無限壽命。Haigh圖（或Goodman圖）（圖2左）將疲勞壽命繪制為這些變量的函數[1]。Wohler曲線（圖2右）提供了類似的信息。對于金屬材料，有一個普遍適用的簡單規則：增加平均應變將降低疲勞壽命。通常還假設金屬的潛在疲勞開裂面垂直于最大主應力方向。
圖2. 顯示平均應變對金屬疲勞壽命影響的Haigh圖（左）和Wohler曲線（右）
橡膠材料與金屬材料有許多不同之處
1.在原子尺度上
At the atomic scale
橡膠由長鏈分子組成，這些分子經歷恒定的熱運動，同時以永久的網絡拓撲結構相互連接。這種結構允許發生大的彈性/可逆應變。而金屬則完全不同，它們以單個原子的形式存在于有序的晶體中，偶爾會出現位錯或晶格空位。
展開 一招搞定金屬材料表面完整性！再也不用擔心零件疲勞失效了
金屬材料的疲勞、應力腐蝕、高溫氧化等力學、物理和化學性能，很大程度上取決于材料的表面完整性。所謂表面完整性是指表面粗糙度、表層殘余應力、表層顯微組織、表層致密度和表面形貌等狀態的完好程度。大量的航空零件失效分析表明，屬于疲勞失效的零件約占80%，而材料的表面完整性是影響材料疲勞性能的重要因素之一。
噴丸強化技術是一種材料表面機械冷加工方法，借助高速運動彈丸流或高能沖擊波撞擊材料的表面，使材料表層發生彈塑性變形，呈現較好的表面完整性，從而提高材料的抗疲勞強度、微動疲勞抗力及損傷容限性能的一種表面強化方法。
在航空工業中，航空零件的表面完整性直接影響其使用性能和服役能力，特別是零件的疲勞使用性能。噴丸強化技術通過改變材料表面完整性顯著提高各類航空零部件的疲勞性能，且具有成本低、適應性強和操作方便等優點，在航空領域應用廣泛。
表層殘余應力
噴丸強化在材料表層引入殘余應力場，其中靠近受噴材料表面一側呈現為殘余壓應力，板材單面噴丸強化后的表層殘余應力分布特征曲線如圖1 所示。普遍認為殘余壓應力是提高工程材料抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能的重要強化機制，而且殘余壓應力值大小、壓應力層深度對工件疲勞強度或壽命影響顯著。因此，如何實現殘余應力分布特征的調控是該領域重要研究內容之一。
殘余應力分布特征曲線包括5個主要特征參數：表面殘余應力值、殘余壓應力深度、最大殘余壓應力及其位置、最大殘余拉應力。彈丸撞擊材料表面時，通常與材料表面產生近似的赫茲接觸，形成的最大彈性應力出現在材料次表面，所以通常噴丸強化最大殘余壓應力位于次表面。在某些情況下，殘余應力分布特征發生變化，例如噴丸強化采用低密度的玻璃彈丸介質時，由于入射動能小，其噴丸強化鈦合金和鋁合金的最大殘余壓應力值出現在表面。
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所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現出來的性能，它包括力學性能、物理性能、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。在機械制造業中，一般機械零件都是在常溫、常壓和非常強烈腐蝕性介質中使用的，且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為力學性能（過去也稱為機械性能）。金屬材料的力學性能是零件的設計和選材時的主要依據。外加載荷性質不同（例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、循環載荷等），對金屬材料要求的力學性能也將不同。常用的力學性能包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。
金屬材料特質
1.疲勞
許多機械零件和工程構件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應力水平低于材料的屈服極限，但經過長時間的應力反復循環作用以后，也會發生突然脆性斷裂，這種現象叫做金屬材料的疲勞。金屬材料疲勞斷裂的特點是：
1）載荷應力是交變的；
2）載荷的作用時間較長；
3）斷裂是瞬時發生的；
4）無論是塑性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂區都是脆性的。所以，疲勞斷裂是工程上最常見、最危險的斷裂形式。
金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為下列幾種：
1）高周疲勞：指在低應力（工作應力低于材料的屈服極限，甚至低于彈性極限）條件下，應力循環周數在100000以上的疲勞。它是最常見的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡稱為疲勞。
2）低周疲勞：指在高應力（工作應力接近材料的屈服極限）或高應變條件下，應力循環周數在10000~100000以下的疲勞。由于交變的塑性應變在這種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應變疲勞。
展開 金屬材料疲勞強度的8大主要影響因素 附疲勞強度徐灝下載
在彎曲和扭轉條件下，應力的分布集中于表層，表面處理形成的殘余應力和這種外加應力疊加，使表面實際承受的應力降低，同時，由于表層材料的強化，因而能有效地提高彎曲和扭轉條件下的疲勞強度。
和滲碳、氮化以及碳氮共滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳，使表層的強度降低，則會使材料的疲勞強度大幅度降低。同樣，表面鍍層（如鍍Cr、Ni等）由于鍍層中的裂紋造成的缺口效應、鍍層在基體金屬中引起的殘余拉應力以及電鍍過程中氫氣的浸入導到氫脆等原因，使疲勞強度降低。
采用感應淬火、表面火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火，均可獲得一定深度的表面硬度化層，并在表層形成有利的殘余壓應力，因而也是提高零件疲勞強度的有效方法。
表面滾壓和噴丸等處理，由于能在試樣表面形成一定深度的形變硬化層，同時使表面產生殘余壓應力，因而也是提高疲勞強度的有效途徑。
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展開 金屬材料疲勞設計手冊.pdf
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金屬材料疲勞強度的八大主要影響因素
不同的加載方式下，表面處理對疲勞性能的影響也不同。軸向加載時，由于不存在應力沿層深分布不均的現象，表層和層下的應力相同。在這種情況下，表面處理只能改善表面層的疲勞性能，由于心部材料未得到強化，因而疲勞強度的提高有限。在彎曲和扭轉條件下，應力的分布集中于表層，表面處理形成的殘余應力和這種外加應力疊加，使表面實際承受的應力降低，同時，由于表層材料的強化，因而能有效地提高彎曲和扭轉條件下的疲勞強度。
和滲碳、氮化以及碳氮共滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳，使表層的強度降低，則會使材料的疲勞強度大幅度降低。同樣，表面鍍層（如鍍Cr、Ni等）由于鍍層中的裂紋造成的缺口效應、鍍層在基體金屬中引起的殘余拉應力以及電鍍過程中氫氣的浸入導到氫脆等原因，使疲勞強度降低。
采用感應淬火、表面火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火，均可獲得一定深度的表面硬度化層，并在表層形成有利的殘余壓應力，因而也是提高零件疲勞強度的有效方法。
表面滾壓和噴丸等處理，由于能在試樣表面形成一定深度的形變硬化層，同時使表面產生殘余壓應力，因而也是提高疲勞強度的有效途徑。
展開 影響金屬材料疲勞強度的八大因素
和滲碳、氮化以及碳氮共滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳，使表層的強度降低，則會使材料的疲勞強度大幅度降低。同樣，表面鍍層（如鍍Cr、Ni等）由于鍍層中的裂紋造成的缺口效應、鍍層在基體金屬中引起的殘余拉應力以及電鍍過程中氫氣的浸入導到氫脆等原因，使疲勞強度降低。
采用感應淬火、表面火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火，均可獲得一定深度的表面硬度化層，并在表層形成有利的殘余壓應力，因而也是提高零件疲勞強度的有效方法。
表面滾壓和噴丸等處理，由于能在試樣表面形成一定深度的形變硬化層，同時使表面產生殘余壓應力，因而也是提高疲勞強度的有效途徑。
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金屬材料基礎知識
金屬材料特性
Vol.1
疲勞
許多機械零件和工程構件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應力水平低于材料的屈服極限，但經過長時間的應力反復循環作用以后，也會發生突然脆性斷裂，這種現象叫做金屬材料的疲勞。金屬材料疲勞斷裂的特點是：
（1）載荷應力是交變的；
（2）載荷的作用時間較長；
（3）斷裂是瞬時發生的；
（4）無論是塑性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂區都是脆性的。所以，疲勞斷裂是工程上最常見、最危險的斷裂形式。
展開 金屬材料疲勞強度的八大主要影響因素
和滲碳、氮化以及碳氮共滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳，使表層的強度降低，則會使材料的疲勞強度大幅度降低。同樣，表面鍍層（如鍍Cr、Ni等）由于鍍層中的裂紋造成的缺口效應、鍍層在基體金屬中引起的殘余拉應力以及電鍍過程中氫氣的浸入導到氫脆等原因，使疲勞強度降低。
采用感應淬火、表面火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火，均可獲得一定深度的表面硬度化層，并在表層形成有利的殘余壓應力，因而也是提高零件疲勞強度的有效方法。
表面滾壓和噴丸等處理，由于能在試樣表面形成一定深度的形變硬化層，同時使表面產生殘余壓應力，因而也是提高疲勞強度的有效途徑。
展開 基于有機力致響應AIE材料的金屬應力/應變分布和疲勞裂紋擴展路徑的動態可視化檢測
研究人員將金屬試樣浸泡在TPE-4N后取出，通過簡單加熱即可在金屬試樣表面制備結晶態TPE-4N涂層。無定型態的TPE-4N能發出綠色熒光，但在結晶態下則沒有熒光。然后將含TPE-4N涂層的金屬試樣放置于拉伸儀中，在紫外光源的激發下，使用CCD照相系統獲取并記錄在不同的應力/應變響應階段的熒光照片。
對于實際機械部件，以單邊缺口試樣和圓孔試樣為例，進行應力/應變分布分析。試樣受力變形后，利用CCD照相系統記錄試樣表面的熒光分布及其像素灰度值分布，熒光試驗結果與ANSYS有限元模擬結果基本一致，證明了TPE-4N涂層能夠有效地反應出復雜金屬試樣的受力狀況。圓孔試樣的在圓孔邊緣處出現加工過程中意外存在的微小缺口，ANSYS有限元模擬不能預測這種加工造成的缺陷，但本方法能清晰地將缺陷附近的應力集中可視化，體現出這種熒光方法的對實際機械部件中應力/應變分布測量的準確性，能看到理論模擬預測不到的細節。
除了應力/應變分布分析，TPE-4N涂層還能實時監測機械部件上的疲勞裂紋，并且預測疲勞裂紋的擴展路徑。當試樣未加載時，無熒光響應。當載荷循環加載過程中，在缺口的邊緣處出現熒光信號，表明該處出現應力集中，并且誘發疲勞裂紋生成。隨著加載繼續，疲勞裂紋擴展，并且在裂紋的尖端和兩側出現熒光信號。裂紋尖端的前部出現熒光，這表明該區域應力集中明顯，裂紋偏向此區域擴展。
這一系列TPE-4N涂層的實驗在鋁合金（Al 1100，Al 2024），不銹鋼（SUS316L）和低合金鋼（X80）等材料上進行了重復性測試，證明了這個先進材料的廣泛適用性。
本研究結果發表于《Advanced Materials》雜志。
展開 汽車材料疲勞分析
本文首先簡要介紹疲勞破壞，然后對汽車材料疲勞破壞進行分析討論，給出幾種有效估算疲勞壽命的分析方法。
疲勞破壞涉及面之廣幾乎涵括汽車、鐵路、航空航天、能源、軍事國防、海洋油氣工程及一般機器制造等各個工業領域，這說明了其問題嚴重性。對疲勞研究尤其是金屬材料是和國民經濟發展有密切聯系的學科。汽車作為人類出行密不可分的工具，對其疲勞分析研究尤為重要。
1.疲勞的基本理論
1.1.疲勞定義和特點
許多機械零件和工程構件，是承受交變載荷工作的。當材料或結構在在交變載荷的作用下，雖然應力水平低于材料的屈服極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發生破壞，但經過長時間的應力反復循環作用以后，也會發生突然脆性斷裂，這種現象叫做疲勞破壞。其具有受交變力、作用時間長、斷裂瞬時發生且疲勞斷裂區都是脆性等特點。
1.2.疲勞破壞過程和類別
疲勞破壞的過程為：在循環交變載荷作用下，在零部件局部最高應力處的晶粒上形成微裂紋，然后發展成宏觀裂紋，裂紋繼續擴展，最終導致疲勞斷裂經歷了疲勞成核-微觀裂紋生長-最后斷裂三個階段。
金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為：高周疲勞、低周疲勞、熱疲勞、腐蝕疲勞和接觸疲勞等。
2.汽車材料疲勞
2.1.汽車材料疲勞破壞
汽車長期運行中所承受的外部載荷是循環動態交變載荷，在這種載荷作用下，汽車的許多零構件上都產生動態應力，引起疲勞損傷，其疲勞破壞形式多為疲勞斷裂。
疲勞斷裂是汽車零部件最主要的失效形式，具有斷裂前沒有可見裂紋、功能改變等預兆等特點，導致了人們生命財產巨大損失。但是其可以預防，如果在汽車設計、生產、使用、維護人員具備相關疲勞失效知識，可以減少1/3以上的損失。
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