材料力学--交变应力..ppt

主要内容 交变应力和疲劳破坏 循环特性、平均应力和应力幅度 材料的持久极限(疲劳极限)及其测定 影响构件持久极限(疲劳极限)的主要因素 对称循环的疲劳强度计算 不对称循环、弯扭组合交变应力的强度计算 §11.6 持久极限曲线 非对称情况的持久极限,可由则定对称循环相似的方法,在给的给定的循环下进行疲劳测试,得相应的应力—寿命曲线. 若以平均应力为横轴,应力幅为纵轴,对任一应力循环,由它的平均应力和应力幅便可得到坐标中对应的点. 坐标中的每一条射线上都有一个持久极限的临界点 不对称循环下构件的疲劳强度计算 弯扭组合交变应力的强度计算 谢谢 大家！ * 第十一章 交变应力Alternating Stress 静力 —— 强度 刚度 拉（压）、剪、扭、弯及其组合 稳定 动力 —— 等加速度平动、匀速转动 冲击 交变应力 一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性 变化，称为交变应力 §11–1 交变应力和疲劳破坏（Fatigue Failure） t y d o 4 3 1 2 z y t o a a L F F 交变应力的例子 —— 观察车轮上一个点 二 疲劳破坏的特点: 2.断裂发生要经过一  定的循环次数 3.破坏均呈脆断 4.“断口”分区明显 （光滑区和粗糙区） 材料在交变应力下的破坏，称为疲劳破坏 三、疲劳破坏的发展过程 1.高应力区在交变应力下出现微裂缝——裂纹源 2.裂纹源尖端的应力集中，使裂纹扩展——宏裂纹 3.宏裂纹两侧时压、时离，似相互研磨，形成——光滑区 4.裂纹削弱的截面，应力增 大到一定程度，在突加的 外因（超载、冲击或振动 ）下突然断裂，断口出现 ——粗糙区 5.因裂纹尖端为3向应力状态 故为出现脆性断裂 一、循环特性（应力比） 三、应力幅 二、平均应力 sm smin smax sa T t s §11.2 循环特性、平均应力和应力幅度 四、几种特殊的交变应力： 1.对称循环： sm t smin smax sa T s 2.脉动循环 3.静循环 例1 发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Fmax =58.3kN 最小拉力 Fmin =55.8kN ， 螺纹内径 d=11.5mm 求 ?a 、?m 和 r 解： 例题： 一、材料疲劳极限： 循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可 以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称 为“持久极限或疲劳极限”，用?r 表示 二、 ? —N 曲线（应力—寿命曲线）： N0—循环次数 ?r—材料疲劳极限 ?A—条件（名义）疲劳极限 N(次数) s sA NA sr N0 §11.3 材料持久(疲劳)极限 §11.3 影响构件疲劳极限的主要因素 1、构件外形的影响（应力集中会显著降低构 件的疲劳极限） 2、构件尺寸的影响（随着试件横截面尺寸的 增大，疲劳极限会相应地降低） 3、构件表面质量的影响（表面质量越高，疲 劳极限越高） 一、构件外形（应力集中）的影响 k? — 有效应力集中因数： 一般来说: 静载抗拉强度越高,有效应力集中因数越大,既对应力集中越敏感. ?? —尺寸因数： 二、构件尺寸的影响 试样横截面尺寸增大,持久极限相应降低,因大试样中处于高应力状态的晶粒多,形成疲劳的机会更多. ? —表面质量因数： 三、构件表面质量的影响 构件?r0 与 ?r 的关系： 如果循环应力为切应力，将正应力换为切应力即可 对称循环下 ，r= -1 。上述各系数均可查表而得 例 铬镍合金钢阶梯轴 ?b=920MPa， ?–1= 420MPa ?–1= 250MPa ，求弯曲和扭转时的有效应力集中 因数和尺寸因数. 解：1.弯曲时的有效应力集中因数和尺寸因数 由图可表查有效应力集中因数 f50 f40 r=5 2.扭转时的有效应力集中因数和尺寸因数 由图表查有效应力集中因数 应用直线插值法 由表查尺寸因数 由表查尺寸因数 提高构件疲劳强度的主要措施 1、减缓应力集中（会显著提高构件的疲劳极限） 2、提高表面光洁度（表面质量越高，疲劳极