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疲劳曲线(S-N曲线)


  疲劳曲线(S-N曲线)
  
  传统的疲劳设计,是以材料的疲劳曲线或称S(应力)-N(寿命)曲线为根据的。由于实验数据存在很大的离散性,因此只能用统计判断的方法绘制此曲线。对于不稳定变应力,要用损伤累积假说来估算零件的疲劳破坏寿命。
  
  各种材料对变应力的抵抗能力,是以在一定循环作用次数N下,不产生破坏的最大应カлN来表示的。σr称为一定循环作用次数N的极限应力,也称为条件疲劳极限。对于一种材料,根据实验,可得出在各种循环作用次数N下的极限应力,以横坐标为作用次数N、纵坐标为极限应力,绘成如图8-10所示曲线,则称为材料的疲劳曲线,或称S-N曲线。从图中可以看出,应力愈高,则产生疲劳破坏的循环次数愈少。变应力低于某一数值时,则材料不再产生疲劳破坏,此时的应力称为材料的疲劳极限。出现疲劳极限的循环次数称为循环基数N,一般钢材N=10°~107左右,硬质合金(38HRC)>N,=25 x107左右,有色金属没有水平线段,即没有绝对的疲劳极限。一般工程上给出的疲劳极限是107或108。在腐蚀介质的情况下,钢材也没有疲劳极限,如图8-11所示。对应于循环基数Ν的疲劳极限,假如是对称循环的变应力,即r= -1,用o或т表示;如是脉动循环时,即r=0,则用лo或πo表示。
  
  为了便于绘制疲劳曲线,往往采用半对数坐标lgN-o(r),有时也用对数坐标lgN-lgo(T)。图8-12所示为几种合金弹簧钢的对数坐标疲劳曲线。疲劳曲线左边的条件疲劳极限(倾斜段)可用式(8-4)表示
  
  此式称为疲劳曲线方程(或 Wohler曲线方程)。式中x为指数,与材料和应力形式有关,其值根据实验确定,在对数坐标中,此数即疲劳曲线的斜率。对于钢材x为6~10,有应力集中的取小值,表面光滑的取大值。
  
  根据疲劳极限a,按(8-4)式便可计算出任意循环作用次数N时的条件疲劳极限
  
  式中 ks—寿命系数。
  
  由于应力循环作用次数N对疲劳强度影响较大,所以在制定弹簧的许用应力时,根据作用次数分为三类:弹簧受变载荷在1 x10次以上的为类;在1x103 ~1 x10次之间的为Ⅱ类;在1x103 次以下的为Ⅲ类。

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