第3章机械零件的强度修改稿1110课件.ppt

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第3章机械零件的强度修改稿1110课件.ppt

* 主要内容: 1. 机械零件的载荷及应力的分类 2.疲劳失效的概念、疲劳曲线及疲劳曲线 方程、材料及零件的极限应力图; 重点内容: 1.机械零件的载荷及应力的分类; 2.疲劳失效的概念、疲劳曲线及疲劳曲 线方程 3.疲劳强度计算方法 第3章 机械零件的强度 一、载荷分类 §3-1 材料的疲劳特性 静载荷: 不随时间变化或变化缓慢的载荷 变载荷: 随时间变化的载荷 二、应力的种类 1.静应力: σ=常数 o t σ 潘存云教授研制 σ=常数 2.变应力: σ随时间变化 问题:静载荷作用下,零件的应力一定是静应力吗? 潘存云教授研制 o t σ 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 脉动循环变应力 r =0 平均应力: 应力幅: 循环变应力 循环特性 : 对称循环变应力 r =-1 ----脉动循环变应力(σmin =0 , σm = σa ) ----对称循环变应力(σa = σmax , σm =0 ) -1 = 0 +1 ----静应力 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 静应力是变应力的特例 3.循环变应力: 五大参数: σmax ,σmin , σa , σm , r 潘存云教授研制 变应力下,零件的损坏形式是疲劳断裂。 ▲ 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低,甚至比屈服极限低; ▲ 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; ▲ 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。 不管脆性材料或塑性材料, ▲零件表层产生微小裂纹; 疲劳断裂过程: ▲随着循环次数增加,微裂 纹逐渐扩展; ▲当剩余材料不足以承受载 荷时,突然脆性断裂。 疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征: ▲ 断裂面累积损伤处表面光滑,而折断区表面粗糙。 表面光滑 表面粗糙 问 题 强度条件: 静强度(静应力作用):σlim= σB σs 疲劳强度(变应力作用):σlim=?? 做 实 验 潘存云教授研制 潘存云教授研制 σmax N 三、 s-N疲劳曲线 (γ一定) 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,意味着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 1)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。 2)BC段,N=103~104,随着N ↑ → σmax ↓ ,疲劳现象明显。 因 N 较小,特称为: 低周疲劳。 特点: 潘存云教授研制 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∞。 σmax N σr N0≈107 C D σrN N σB A N=1/4  4)D点以后:无限寿命  区,其方程为: ? 3)CD段:有限寿命区 可用下式描述: 于是有: 104 C B 103 CD区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为: 式中, sr、N0及m的值由材料试验确定。 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 σmax N σr N0≈107 C σB A N=1/4 104 C B 103 D σrN N 潘存云教授研制 潘存云教授研制 σa σm 应力幅 平均应力 σa σm σS σ-1 σa σm σS σ-1 材料的疲劳极限曲线也可用在特定的应力循环次数N下,极限平均应力与极限应力幅之间的关系曲线来表示,特称为等寿命曲线。 简化曲线之一 简化曲线之二 四、等寿命疲劳曲线(N一定,γ与σmax关系) 实际应用时常有两种简化方法。 σS σ-1 45? 曲线上任一点坐标( σm ,σa ),其疲劳极限σrN = σmax = σm + σa 潘存云教授研制 σa σm σS 45? σ-1 O 分析:简化等寿命曲线(极限应力线图): 已知A’(0,σ-1) D’ (σ0 /2,σ0 /2)两点

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