第13章 动荷载疲劳破坏.ppt

构件的疲劳极限 材料的疲劳极限 五、疲劳的强度计算： 一、静荷载的概念： 荷载由零逐渐缓慢增加到最终值后，不在随时间发生变化，构件内各点的加速度很小，可忽略不计。 二、动荷载： 由运动加速度引起的荷载。 小结 三、 构件作等加速直线运动的动应力 四、水平冲击 动荷系数—— 动荷系数—— 五、自由落体冲击 动荷系数—— 六、交变应力的基本参量： 1、循环特征： 2、平均应力： 3、应力幅度： 七、交变应力的概念： 随时间发生交替变化的应力——交变应力（重复应力）。 八、疲劳破坏的概念： 不论脆性材料还是塑性材料长期在交变应力下工作，即使在最大的工作应力远小于材料的极限应力，也会发生突然的断裂，且破坏时即使是塑性材料也和脆性材料一样，再破坏之前没有明显的塑性变形，这种现象成为疲劳破坏。 九、疲劳的主要特征： 1、构件内的最大工作应力远小于材料的极限应力（强度极限或 屈服极限）； 2、即使是塑性较好的钢材也会在没有明显塑性变形的情况下发 生突然的断裂； 3、疲劳破坏的断口表面呈现两个截然不同的区域，其一为光滑 区，另一个为晶粒状的粗糙区。 十、疲劳破坏的实质： 构件在交变应力的作用下，由疲劳裂纹源的形成、疲劳裂纹的 扩展以及最后的脆断的全部过程。 十一、疲劳破坏的三个阶段： 1、疲劳裂纹源的形成； 2、疲劳裂纹的扩展过程； 3、脆性断裂。 十二、疲劳极限（持久极限、耐劳极限）： 1、材料的疲劳寿命：材料疲劳破坏时所经历的应力循环次数。 2、材料的疲劳极限：材料经历无限次应力循环而不发生疲劳 破坏，相应的最大应力值。用“σr”表示。 材料的疲劳极限除与材料本身的材质有关外，还与变形形式、循环特征和应力循环次数有关。它与强度极限的意义相同。 十三、构件的疲劳极限： 构件的疲劳极限——在材料的疲劳极限的基础上，再考虑 其它因素的影响。 1、构件外型的影响（应力集中）——“有效应力集中系数”＞1 2、构件尺寸的影响——“尺寸影响系数”＜1 3、构件表面质量的影响——“表面状态系数” 十四、影响构件疲劳极限的因素： 十五、疲劳的强度计算： * 第十三章 动荷载、疲劳破坏 §13—1 动荷载的概念 §13—2 构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力 §13—3 构件受冲击荷载作用时的动应力 §13—4 交变应力与疲劳破坏 小结 §13—1 动荷载的概念 一、静荷载的概念： 荷载由零逐渐缓慢增加到最终值后，不在随时间发生变化，构件内各点的加速度很小，可忽略不计。 二、动荷载： 1、动荷载的概念：由运动加速度引起的荷载。 例——起重机以等速度吊起重物，重物对吊索的作用为静载。 起重机以加速度吊起重物，重物对吊索的作用为动载。 旋转的飞轮、气锤的锤杆工作时、打桩均为动荷载作用。 2、动应力的概念：构件在动荷载作用下产生的应力。 3、动应力计算的分类： （1）构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力计算； （2）构件在受冲击和作强迫振动时的动应力计算； （3）构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳强度计算。 §13—2 构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力 一、 构件作等加速直线运动的动应力 F a 如图所示，一起重机绳索以等加速度 a 提升一等截面直杆，直杆单位体积的重量（比重、重度）为γ，横截面面积为 A，杆长为L，不计绳索的重量。 求：杆内任意横截面的动应力、最大动应力。 分析——1、动轴力的确定 x γ FNd a 2、动应力的计算 4、讨论—— 3、最大动应力 （1）、a=0时 Kd——动荷系数； 下标 j（ st）——受静荷载作用；下标d——受动荷载作用。 （2）、强度计算 二、构件作等速转动时的动应力 ω D 一薄壁圆环平均直径为 D，壁厚为 t，以等角速度 ω绕垂直于环平面且过圆心的平面转动，圆环的比重为 γ。 求圆环横截面的动应力。 qd 分析——1、求动轴力 FNd FNd φ d φ 2、动应力的计算 B A ω 例：均质等截面直杆 AB，以 B为转轴在其自身平面转动，角速度为 ω，杆长 L，横截面面积为 A，比重 γ。 试：计算杆内最大的动应力。 x dx 解：1、最大的动轴力—— an qx 2、最大的动应力—— 例：直径 d=100mm 的圆轴，一端有重量 Q =0.6kN，直径D=400mm 的飞轮，以均匀转速 n=1000r/min 转动。现因在轴的另一端施加了掣动的外力偶 md 而在 t=0.01s 内停车。若不计轴的质量，试求：轴内最大的动剪应力。 d n D A B n A B md md ε 解：1、最大的动扭矩——