第3章-机械零件的强度课件.ppt

影响疲劳强度的主要因素 一.应力集中的影响 1.应力集中产生的主要原因：零件截面形状发生的突然变化 2.名义应力σ和实际最大应力σmax 3.理论应力集中系数与有效应力集中系数 影响疲劳强度的主要因素 二.尺寸效应 1.零件尺寸越大，疲劳强度越低 2.尺寸及截面形状系数εα 、ετ 三.表面状态的影响 1.零件的表面粗糙度的影响 2.表面质量系数β 四.表面处理的影响 1.零件表面施行不同的强化处理的影响 2.表面质量系数βq 五.弯曲疲劳极限综合影响系数 第3章 机械零件的强度 §3-1　材料的疲劳特性 §3-2　机械零件的疲劳强度计算 §3-3　机械零件的抗断裂强度 §3-4　机械零件的接触强度 一、应力的种类 Ｏ t σ σ=常数 静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化 平均应力: 应力幅: 变应力的循环特性: ——脉动循环变应力　 ——对称循环变应力　 -1 = 0 +1 ——静应力　 静应力是变应力的特例 §3-1　材料的疲劳特性 脉动循环变应力 r =0 循环变应力 对称循环变应力 r =-1 σmax σm T σmax σmin σa σa σm Ｏ t σ σmax σmin σa σa Ｏ t σ Ｏ t σ σa σa σmin r =+1 循环应力下，零件的主要失效形式是疲劳断裂。 疲劳断裂过程： 裂纹萌生、裂纹扩展、断裂 ▲ 断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还 是塑性材料，均表现为脆性断裂。更具突然性，更危险。 疲劳断裂过程： ▲ 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。 光滑的疲劳发展区 粗糙的脆性断裂区 裂纹萌生、裂纹扩展、断裂 疲劳断裂的特点： ▲ σmax ≤ σB 甚至 σ max ≤ σS ▲ 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果 σmax N 二、 s —N疲劳曲线　 　　用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为： s —N疲劳曲线 104 C 　在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，即在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σB 。 B 103 σ t σB A N=1/4 AB段，应力循环次数103 ，σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度（静应力区）。 应变疲劳 低周疲劳 静应力区 BC段，N=103～104，随着N ↑ → σmax↓，材料破坏伴有塑性变形，称这一阶段的疲劳现象为应变疲劳 因N较小，特称为低周疲劳。 σmax N σr N0≈107 C D σrN N σB A N=1/4 D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为 ? 　　实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。 CD段曲线可用下式描述　 104 C B 103 有限寿命疲劳阶段 无限寿命疲劳阶段 m—与材料有关的常数 C—常数 　 由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞。 于是有　 式中 N0（循环基数）、sr（ N0所对应的疲劳极限 ）及m（材料常数）的值由材料试验确定。P23 σmax N σr N0≈107 C σB A N=1/4 104 B 103 D σrN N 低周疲劳N104 为寿命系数。 静应力区N103 高周疲劳N104 　　试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的变应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，如果作用的变应力最大应力小于D点的应力（σmaxσr），则无论循环多少次，材料都不会破坏。 CD区间——有限疲劳寿命阶段 D点之后——无限疲劳寿命阶段 高周疲劳 　　材料的疲劳极限曲线也可用于特定的应力循环次数N下，极限应力幅与平均应力之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线，也称为极限应力线图。（二次曲线） 三、等寿命疲劳曲线 σa σm σS σ-1 σa σm σS σ-1 σa σm σS σ-1 单直线简化 双直线简化 实际应用时常有两种简化方法。 45? 简化等寿命曲线（双直线极限应力线图）： 对称循环 σm =0 , σmax=σa=σ-1 脉动循环 σm=σa =σ0 /2 σa σm σS 45? σ-1 O 已知A’(0，σ-1) D’ (σ0 /2，σ0 /2) 两点坐标，求得A’Ｇ’直线的方程为: AＧ’直线上任意点代表一定循环特性时的疲劳极限。 A’ CＧ’直 线上任意点的最大应力均达到了屈服极限。 σ0 /2 σ0 /2 45? D’ σ’m σ’a CＧ’直线上任意点N’ 的坐标为（σ’m ，