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[学术与经验交流] 给大家澄清一下概念(高周疲劳和低周疲劳的区别)

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发表于 2009-8-8 23:36:26 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 江苏南京
给大家澄清一下概念(高周疲劳和低周疲劳的区别)  ' L7 j1 r' U+ E  a- x
   根据材料疲劳破坏前所经历的循环次数(即寿命)的不同,可以分为高周疲劳和低周疲劳。
- }, e3 f" J5 X8 P8 g% n   高周疲劳是材料所受的交变应力远低于材料的屈服极限,甚至只有屈服极限的三分之一左右,断裂前的循环次数大于1X10^5-1X10^7次;通常用S-N曲线来描述该材料的疲劳特性。$ v% W& r3 |8 r& w; @& C3 n+ q
   低周疲劳是指材料所受的交变应力较高,通常接近或超过屈服极限,断裂前的循环次数较少,一般少于1X10^4-1X10^5次。
, j+ m0 F$ O8 l+ F, `8 N( D    高周疲劳与低周疲劳的主要区别在于塑性应变的程度不同。高周疲劳时,应力一般较低,材料处于弹性范围,因此其应力与应变是成正比的。低周疲劳则不然,其应力一般都超过弹性极限,产生了比较大的塑性变形,所以应力与应变不成正比。因为高周疲劳是各种机械中最常见的,故简称疲劳,通常所说的疲劳一般是指高周疲劳。* i7 A; Z* |3 s+ Y6 C

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发表于 2010-2-15 20:28:58 | 显示全部楼层 来自 河北秦皇岛
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高周疲劳是应力控制的疲劳,低周疲劳是应变控制的疲劳。

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发表于 2009-9-27 10:10:23 | 显示全部楼层 来自 北京
一般我们说的疲劳是高周疲劳
: W  Y! I' g( E5 Q工程上可靠的还是Paris公式以及他的修正共识
4 H1 @5 y# G+ N5 T& m  mKth这还要实验确定3 V; V: ~* }; G: \+ Z- [: D
$ A# D7 W( o# \- I* a" s# X9 B1 J
任何可靠方法都是以实验为基础的9 W* D5 Z. }- v7 w4 u/ S  e0 y. E
裂缝尖端场这才是一切的根源 局部应力场是非线性的# S' L( h8 o/ C* @
可以目前的理论基础又都是线弹性理论的推导
2 H1 L& L- j) _3 f) w- z! Q0 r7 p; V2 [' `" F- V! C7 f
这也是矛盾把
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发表于 2009-8-9 16:42:27 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
高周疲劳必须要用名义应力法吗,那我要求水轮机叶片裂纹形成寿命怎么办
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发表于 2009-8-9 22:05:08 | 显示全部楼层 来自 安徽芜湖
书本的知识
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发表于 2009-8-10 15:51:16 | 显示全部楼层 来自 LAN
高周疲劳用SN曲线或EN曲线计算将得到相似的寿命结果,但低周疲劳疲劳(<1000次)只能用EN曲线计算,! ^; Y6 S) h5 H2 H/ l, g
至于2楼,利用EN曲线计算第一阶段的裂纹萌生寿命,用断裂力学计算第二阶段的裂纹扩展寿命,对于大多数构件来说,第二阶段的裂纹扩展速度很快,以至于寿命可以不计.
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发表于 2009-8-15 15:01:04 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
高周疲劳和低周疲劳

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发表于 2009-8-16 10:11:04 | 显示全部楼层 来自 上海
不同材料,所对应的高低周疲劳次数界限是不一样的。。。
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发表于 2009-9-14 16:29:26 | 显示全部楼层 来自 北京延庆县
好东东,涨见识了!!!
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发表于 2009-9-18 08:53:51 | 显示全部楼层 来自 北京
对于结构来说裂纹扩展寿命还是很长的,这个也和你定义的裂纹形成长度有关。要不就没有必要整出一个损伤容限设计了。6 a; d8 e; t& H# ~

& @7 q. ~9 A$ y* [1 X+ @! A
- a7 d# g9 T8 R! Q, f, \4 Y 5# 8TONGDAO
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发表于 2009-9-28 07:55:21 | 显示全部楼层 来自 山西太原
谢谢,对这个还真有点模糊
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发表于 2009-9-29 21:24:00 | 显示全部楼层 来自 安徽芜湖
难道大家的知识都还只是局限在书本吗?希望来点实战经验
2 p0 m; D; d. d% Z2 T9 _2 H关于这个知识点,我们基本上不用去看低周疲劳,只要关心高周疲劳就行啦,因为很少碰到低周疲劳的。
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发表于 2009-10-7 22:51:34 | 显示全部楼层 来自 重庆沙坪坝区
高周疲劳与低周疲劳的主要区别在于塑性应变的程度不同
! s7 @% w' d/ V& n/ y4 i0 R-------------------------------
# p2 {* X% ^) r
, [- t0 I3 x- e& `$ x个人感觉高周疲劳根本不会产生塑性应变吧?还请指点
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发表于 2009-10-11 13:04:48 | 显示全部楼层 来自 山东
高周疲劳与低周疲劳的主要区别在于塑性应变的程度不同
; Z* L, j! f0 R6 E7 l6 f) v-------------------------------
5 t- Y6 D0 a8 z4 |: `' B2 Q8 W& F: Z
个人感觉高周疲劳根本不会产生塑性应变吧?还请指点+ @% _8 T4 s7 w% I
huaijuliu 发表于 2009-10-7 22:51
7 H+ ^# u& v8 m7 N' v  _+ c
4 P9 a! V# ~, d+ I2 ^) i" C
没有一定的塑性变形就没有疲劳破坏。这要从疲劳破坏发生的机理和过程说起。
+ l5 G5 E2 W. N金属材料的疲劳断裂过程,一般有以下几个阶段:滑移,成核,微观裂纹扩展,宏观裂纹扩展,瞬时断裂。
) ]. C/ l' P/ D金属材料产生疲劳裂纹的方式很多。有的产生在金属晶体表面、晶界或金属内部非金属夹杂物与基体交界处;有的产生在金属的“先天”缺陷处,如表面的机械划伤、焊接裂纹、腐蚀小坑、锻造缺陷、脱碳等;有的是因零件的结构形状造成应力集中而成为疲劳裂纹源,如零件上的内、外圆角、键槽、缺口等处。后两种容易产生疲劳裂纹的原因是明显的,因此,以下着重讨论第一种无宏观疵病的光滑表面上,疲劳裂纹形成的机理。, `2 @9 B2 b2 L$ N$ }- f
1.变应力作用下金属的滑移及疲劳裂纹成核  , ?! q4 n- }. O9 A: ^
            表面无缺陷的试件,在变应力的作用下金属产生了滑移,造成了晶格的扭曲、晶粒的破裂,若变应力继续作用,上述现象将不断出现,直至金属材料表面某处失去塑性变形的能力而形成疲劳裂纹源,即疲劳裂纹成核。金属表面开始滑移直到疲劳裂纹成核,这是疲劳过程的第一阶段。裂纹生长到一定的长度以后,逐渐改变方向,最后沿着与拉伸应力成垂直的方向生长,这是裂纹扩展阶段即疲劳过程的第二阶段。
9 o+ P/ T  ]# S1 y关于疲劳裂纹成核的定义,始终还是一个有争论而难以统一的问题,从工程的实际出发,一般规定裂纹长度为0.05~0.08mm,即利用一般显微放大镜可以看到的裂纹,称为成核。9 X( m+ _1 t0 E0 \. f. s. B7 P1 z
                 多晶体金属的界面,也是疲劳裂纹成核地区。金属中的非金属夹杂物与基体的交界处,往往是疲劳裂纹优先成核地区。
6 [/ [" ~  e0 x: d8 G, t2.疲劳裂纹的扩展及材料的断裂  
1 \9 |% c. }, B: h6 i5 W4 k            金属在表面的滑移带、晶界、相界、切口等处一旦形成了疲劳裂纹核以后,如果继续承受变应力,则裂纹继续扩展。裂纹d小于0.05mm,即成核以前的阶段,称为微观裂纹扩展阶段,也就是疲劳过程的第一阶段。此时疲劳裂纹的扩展速率是缓慢的。裂纹   大于0.05mm,进入到宏观裂纹扩展阶段即疲劳过程的第二阶段时,扩展速率增
! Q. _/ r( q) k& M" H) l' Q大。            ) M, |- |2 A  a* W' s9 p1 ^
           随着疲劳裂纹的扩展,当净截面的应力达到材料的拉伸强度时(对高韧性材料)、或是疲劳裂纹的长度达到材料的临界裂纹长度时,便发生最终的瞬时断裂。在断口上往往留下清晰的疲劳条带,称为前沿线,这是因为裂纹尖端向前扩展时造成的。
  d! \! V: I/ V! f# ]) F+ V6 i# o# p! `3 v- }3 T7 D; ?
根据这个机理和过程,我的理解是,疲劳过程的第一阶段成核阶段也叫裂纹萌生阶段(这个过程用EN方法也叫局部应变法分析求裂纹萌生寿命),有塑性变形发生,并且直到超过材料的塑性能力在表面发生破坏,由此在表面产生疲劳裂纹源,不然裂纹怎么产生呢?第二个阶段,即裂纹扩展阶段(这个阶段的寿命用断裂力学法LEFM,线弹性断裂力学的知识求解),裂纹已经形成,进入扩展阶段。此时,可以想象的到,在裂纹处的应力集中程度是相当大的,因此裂纹扩展速率增大,那么有理由认为在应力集中区达到材料屈服极限,发生塑性变形,这一点学过材料力学的都应该能理解。! \- b) T/ z& J- `8 Z7 x: z
由此可见,在整个疲劳过程中始终都有塑性变形。所以认为高周疲劳没有塑性变形是不对的。* N/ S: x! `+ D- A" Y
那么为什么忽略塑性变形的名义应力法(SN方法)成功的用了那么多年呢?这是因为高周疲劳的应力水平比较低,其应力-应变是线性相关的。在这种环境下,载荷和应变控制型循环是等效的。因此在疲劳极限内,基于名义弹性应力的载荷控制型的旋转轴的疲劳数据用来充分描述疲劳性能。但是随着应力水平的增大,这种方法就失效了,必须采用另一种更通用的且考虑苏醒变形的基于应变法。名义应力法(SN)只是基于应变分析法,当塑性应变趋近于0时的一种特殊情况。

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发表于 2009-10-11 13:20:46 | 显示全部楼层 来自 山东
本帖最后由 yikatong 于 2009-10-11 13:23 编辑 5 O$ R* B5 _1 f( x, o& v
& P! n$ Z" s8 q8 S& I: O$ j
说的太多,给大家两张图增加理解高周疲劳和低周疲劳的区别。( ~: X2 e5 D; E" j
  
+ v6 V2 N; P! s3 Z第一个是总应力应变曲线,在低周阶段,左段曲线和塑性线接近,此时塑性变形起主要作用。高周阶段,右段和弹性线接近,此时弹性变形起主要作用。实际应变是两者应变之和。交点处称为过渡寿命,可以认为是高周低周的分界。6 G1 ?$ f0 T4 _
第二个图是不同阶段疲劳寿命的分析方法。SN法不严格区分两个过程,是对总寿命进行分析。. o- W3 }2 F  S0 f

% V3 Y! U+ A; T5 A# k7 Z' k
. d" c. v7 @7 f) B13# yikatong

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发表于 2009-10-14 16:37:57 | 显示全部楼层 来自 北京
长见识了,谢谢
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发表于 2009-10-14 22:28:42 | 显示全部楼层 来自 上海
hao贴子,学习ing
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发表于 2009-10-16 10:58:24 | 显示全部楼层 来自 北京航空航天大学
我做的是低周疲劳下的问题。
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发表于 2009-10-16 11:40:34 | 显示全部楼层 来自 四川成都
我也低周疲劳
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发表于 2009-10-16 11:42:20 | 显示全部楼层 来自 四川成都
其实对于这个概念我觉得只要明确:低周或者高周是指材料(结构)能够承载的循环载荷的周期数,而不是指载荷本身的频率和周期就比较清楚了

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发表于 2009-11-14 16:34:10 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
《高等机械设计》: y- G( r- G0 Y' b: F* p& i
很多设计准则

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