工程力学教学课件ppt作者魏道德贾玉梅第11章PPT111到114课件.pptVIP

11．1 交变应力的概念与分类 11．1 交变应力的概念与分类 11．1 交变应力的概念与分类 11．1 交变应力的概念与分类 11．1 交变应力的概念与分类 11．2 疲劳破坏与材料的持久极限 11．2 疲劳破坏与材料的持久极限 11．2 疲劳破坏与材料的持久极限 11．2 疲劳破坏与材料的持久极限 11．2 疲劳破坏与材料的持久极限 11．2 疲劳破坏与材料的持久极限 11．3 构件的持久极限与疲劳强度计算 11．3 构件的持久极限与疲劳强度计算 11．3 构件的持久极限与疲劳强度计算 11．3 构件的持久极限与疲劳强度计算 11．3 构件的持久极限与疲劳强度计算 11．3 构件的持久极限与疲劳强度计算 11．3 构件的持久极限与疲劳强度计算 11．4 提高构件疲劳强度的措施 11．4 提高构件疲劳强度的措施 11．4 提高构件疲劳强度的措施 魏道德 《工程力学》 魏道德 贾玉梅 主编 * 电子制作 齐向阳 11．1．1 交变应力的概念与工程实例 工程中有许多构件在工作时，其内部应力往往随时间作周期性交替变化，这种随时间作周期性交替变化的应力,称为交变应力。图11-1表示齿轮（图中为从动轮）在啮合过程中，轮齿齿根A点的弯曲正应力的变化过程。这种交变应力产生方式特点是：构件所承受的应力本身在作周期性交替变化。 图11-1 齿轮的交变应力 a) 轮齿啮合力 b) s 随时间t变化规律 A F a) w b) s t 图11-2表示了火车轮轴上一点A所承受的弯曲正应力的变化规律。这种交变应力产生方式特点是：外载荷没有变化，但构件本身作旋转运动，从而承受作周期性变化的应力。 图11-2 火车轮轴的交变应力 a) 火车轮轴两端受载荷F作用 b) A经历横截面上四个点 c）σ随时间t变化规律 2 3 4 1 2 4 smin smin smax b) a) c) s w 3 1 smax 描述交变应力，常常用到下面一些概念和参数。图11-3为应力σ随时间t变化的一般规律曲线，现以此为例进行说明。 11．1．2 描述交变应力的基本参数 图11-3 s 随时间t变化一般规律曲线 s O t s m s a s a s min s max 一个应力循环 1．应力循环 应力每重复变化一次称为一个应力循环。重复变化次数称为循环次数，用N表示。在交变应力作用下，构件的寿命往往用循环次数来衡量。 2．最大应力、最小应力与应力幅度 在s—t曲线中，波峰所对应的应力值，称为最大应力，用s max表示；波谷所对应的应力值，称为最小应力，用s min表示；最大应力与最小应力的算术平均值，称为平均应力，用s m表示。最大应力与平均应力之差，称为应力幅度，用s a表示。它们之间的关系为 ： （11-1） 3．应力循环特征与交变应力的分类 最小应力与最大应力之比，称为应力循环特征，用r 表示。即 当σmax =-σmin时，r= -1，这种交变应力称为对称循环交变应力，图11-2c所示的交变应力即为对称循环交变应力。r≠-1的交变应力统称为非对称循环交变应力；在非对称循环中，当σmin =0时，r=0称为脉动循环交变应力(见图11-1b）。不同循环特征的交变应力对材料的破坏力有所不同。 （11-2） 构件在交变应力作用下的破坏，称为疲劳破坏。与静强度破坏相比，在交变应力作用下，构件的破坏有三大特征。①即使最大应力值还远远没达到材料的极限应力，经受了一定次数的应力循环之后，构件也会发生断裂；②即使是塑性较好的材料，如低碳钢，断裂前也没有明显的塑性变形；③如图11-4所示，疲劳破坏的断口有两个明显的区域，一个是光滑区，一个是粗糙区，静强度破坏断口只有粗糙区。 11．2．1 疲劳失效的特征 图11-4 疲劳断口示意图 ?构件疲劳破坏的解释是，当交变应力超过一定的限度时，首先在应力最大处或材料的缺陷处，产生细微裂纹而形成裂纹源，裂纹尖端处有严重的应力集中，在交变应力作用下，应力集中使裂纹扩展，同时，裂纹两边的材料时分时合，不断产生研磨，形成了光滑区。随着裂纹的不断扩展，截面的有效面积逐渐减少，应力随之增大。当面积减少到一定的程度时，构件突然断裂，形成断口的粗糙区。 11．2．2 材料的持久极限 材料经历无数次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值，称为材料的持久极限，用sr表示（r为交变应力的循环特征）。材料的持久极限首先与材料本身有关，但同一种材料，在承受不同循环特征的交变应力作用时