*gA=—工IgAjn1*.I
僦汕J「可
对r船海工程，一般构件P=97.72%（Up=-2.0）
feN=IgA-2（73-mIgS主要构件
p=9987%（Up=-3.0）
IgN=IgA-3b]ga-mlgS
-在实际设计或计算中，为了得到适合的S・N曲线，需要做实验吗？
•町以查阅相关规范或资料，得到S・N曲线
ParametersforABS-（A）OffshoreS・NCurvesforNon-TubularDetailsIn
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SeawaterwithCathodicProtection
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总结：
S-N曲线表征结构的抗疲劳能力，由实验得到。
实验屮根据结构形式和载荷类型选
N曲线，此时S-N曲线都是对应于一定的概率水平的！
！
3、平均应力的影响
材料的疲劳性能，用作用应力Sb到破坏时
的寿命N之间的关系描述。
在疲劳载荷作用
K,最简单的载荷谱是恒幅循环应力。
Rh1时，对称恒幅循环载荷控制下，试验给出的应力一寿命关系，是材料的基本疲劳性能曲线。
-本节讨论应力比R变化对疲劳件能的影响。
•如图所示，应力比R增大，衣示循环平均应力Sm增人。
且应力幅Sa给定时有
•Sm=（1+R）Sa/（1-R）
•一般趋势
•当Sa给定时，R增大，平均应力Sm也增大。
循环载荷屮的拉仲部分增犬，这对丁•疲劳裂纹的萌牛和扩展都是不利的，将使得疲劳寿命降低。
平均应力对S-Nllll
线影响的一般趋势
如图所示。
-平均应力Sm=O时的S・N曲线是基本S-Nllll线。
当Sm>0,即拉伸平均应力作用时，S-NlUj线下移，表示同样应力幅作用下的寿命下降，或者说在同样寿命下的疲劳强度降低，対疲劳有'不利的影响。
Sm<0,即压缩平均应力作用时，线上移，表示同样应力幅作用下的寿命增大，或者说在同样寿命下的疲劳强度提高，压缩平均应力对疲劳的影响是有利的。
•在给定寿命NT,研究循环应力幅Sa与平均应力Sm2关系，町得到如图结果。
当寿命给定时，平均应力Sm越大，相应的应力幅Sa就越小；但无论如何，平均应力Sm都不可能大于材料的极限强度Su。
Su为高强脆性材料的极限抗拉强度或延性材料的屈服强度
-图屮给出了金属材料ISM07时的Sa・Sm关系,分别用疲劳极限和Su进行归一化。
因此,等寿命条件下的SdSm关系町以表达为
•（Sa/S-1）+（Sm/Su）2=1
•这是图中的抛物线，称为Gerber曲线，数据点基木上在此抛物线附近。
-另一表达式，是图屮的直线，即
-（Sa/S-1）+（Sm/Su）=1
•上式称为Goodman直线，所有的试验点基木都在这一直线的上方。
直线形式;简单，
在给定寿命下，由此作出的SdSm央系
估计是偏丁•保守，故在工程实际中常用。
•例子
•构件受拉压循环应力作用，Smax=800MPa,Smin=80MPao若已知材料的极限强度为Su=1200MPa,基木S-N曲线为
S3N=1.5*10^0,试估算莫疲劳寿命。
•解：
确足循环应力幅和平均应力。
Sa=CSmax-Smin）/2=360MPa
Sm=（Smax-Smin）/2=440MPa
循环应力水平等寿命转换，用Goodman方程有
（Sa/S-1）+（Sm/Su）=1
代入数据，得
5-1=568,4MPa
估算寿命。
N=C/S3=1.5*10^5/568.43=8.1*10^
-4、影响疲劳性能的若干因素
•1）载荷形式
•材料的疲劳极限随载荷形式的不同有卜•述变化趋势：
•S（弯）＞S（拉）
-假定作用应力水平相同，拉压时高应力区体积等于试件整个试验段的体积；弯Illi帖形卜的高应力区体积则耍小得多。
我们知道疲劳破坏±要取决丁作用应力的大小（外因）和材料抵抗疲劳破坏的能力（内因）二者，即疲劳破坏通常发生在高应力区或材料缺陷处。
假如图中的作用的循坏最大应力Smax相等,W为拉压循环时高应力区域的材料体积较大，存在缺陷并由此引发裂纹萌生的町能性也大。
•所以，同样的应力水平作用下，拉压循环载荷作用时的寿命比弯曲时短；或者说，同样寿命拉压循环时的疲劳强度比弯曲时低。
•扭转时疲劳寿命降低，体积的影响不大，需由不同应丿丿状态下的破坏判据解释，在此不作进一步讨论。
•2）尺寸效应
•不同试件尺xT刈疲劳性能的影响，也可以用高应力区体积的不同来解释。
应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力区域材料体积就越大。
疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积越人，存在缺陷或薄弱处的可能就越人，故人尺J构件的疲劳抗力低于小尺寸试件。
或者说，在给定寿命N下,人尺寸构件的疲劳强度卜•降；在给定的应力水平下，大尺寸构件的疲劳寿命降低。
•3）表而光洁度
-由疲劳的局部性显然町知，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。
材料的基本S-N曲线是±1精磨后光洁度良好的标准试件测得的。
-4）表而处理
•一般來说，疲劳裂纹总是起源于衣面。
为了提高疲劳性能，除前述改善光洁度外，常常采用各种方法在构件的高应力表面引入压缩残余应力，以达到提高疲劳寿命的
hl的。
-若循环应力如图-2-3-4所示，平均应力为Sm,则当引入压缩残余应力Sres后，实际循环应力水平是原1-2-3-4各应力与-Sres的證加，成为r-2*-3*-4\平均应力降为Sm',疲劳性能将得到改善。
•表面喷丸处理；零件冷挤压加工；存构件农而引入残余压应力，都是提高疲劳寿命的常用方法。
材料强度越高，循环应力水平越低，寿命越长，延寿效果越好。
在肓应力梯度或缺口应力集中处采用喷丸，效
果更好。
•农血渗氮或渗碳处理，町以提高衣面材料的强度并在材料表血引入压缩残余应力，这两种作用对于提高材料疲劳性能都是有利的。
试验表明，渗氮或渗碳处理可使钢材疲劳极限提I儒一倍。
对于缺U试件，效杲更好。
-5）环境和温度的影响
•材料的S・N曲线一般是在室温、空气环境下得到的。
在诸如海水、酸碱溶液等腐蚀介质环境卜•的疲劳称为腐蚀疲劳。
腐蚀介质的作用对疲劳是不利的。
腐蚀疲劳过程是力学作用与化学作用的综合过程，其破坏机理十分复杂。
影响腐蚀疲劳的因素很多，一般有如卜趋势：
•a）载荷循环频率的影响显著
-无腐蚀环境作用时，在相当宽的频率范圉内（如200Hz以内），频率对材料S-NiHl线的影响不人。
但亦腐蚀环境屮，随着频率的降低，同样循环次数经历的吋间增长，腐蚀的不利作用冇较充分的时间显示，使疲劳性能下降的影响明显。
•b）在腐蚀介质（如海水）屮，半浸入状态
（或海水飞溅区）比完全浸入更不利。
•C）耐腐蚀钢材，抗腐蚀疲劳的性能较好；许多普通碳钢的疲劳极限则下降较多，甚至因腐蚀环境而消失。
•d）金属材料的疲劳极限一般是随温度的降低而增加的。
但随着温度的下降，材料的断裂韧性也下降，表现山低温脆性。
一旦出现裂纹，则易于发生失稳断裂。
高温将降低材料的强度，可能引起蠕变，对疲劳也是不利的。
同时还应注意，为改善疲劳性能而引入的残余压应为，也会因温度升高而消失。
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