力学交变应力素材.ppt

交变应力Cyclic stresses 11.1 概 述 构件内一点处的应力随时间作周期性变化，这种应力称为交变应力。 二、疲劳失效 材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳失效。 也称疲劳破坏，与静载荷下的破坏的区别： 1) σmax σjx (σs ,σb) ；(σmax ≥ σjx )； 直至破坏也不出现明显的塑性变形，而突然发生； 破坏断口表面呈现出两个截然不同的区域： a)光滑区； (b)粗糙区 三、疲劳破坏的发展过程: 11.2 交变应力的基本参量 一、应力循环： 应力σ随t周期性变化，一个变化周期称为一次应力循环。 二、循环特征： 应力循环中应力的最小值与最大值之比，用“r”表示： 11.3材料在对称循环下的持久极限 上述疲劳试验称为“旋转弯曲疲劳试验”， 测得：σ-1 (对称循环弯曲应力持久极限) 是一种最常用也最简单的疲劳试验方法。 除此之外，还有： 平面弯曲疲劳试验； 纯扭转疲劳试验； 拉压疲劳试验； 等等。 11.4 影响持久极限的因素 “持久极限”----σ-1是用标准的光滑小试件，在正常环境(常温)下所测得的。 而通常实际构件的外形、尺寸、表面质量、工作环境都与其测试状态相差较大，将直接影响其持久极限的数值大小。 一、构件外形的影响 构件外形有突变或缺陷的局部区域，将出现应力集中现象，而应力集中不仅会引发疲劳裂纹源，而且会加速裂纹的扩展，从而降低构件的持久极限。 11.5 对称循环下构件的疲劳强度计算 一、构件的工作安全系数: 例11.1 一传动轴，键槽为端铣加工， φ=50 mm，m – m截面上的弯矩M = 860 N·m，材料为Q235钢，σb = 520 MPa，σ-1 = 220 MPa，轴表面加工方法为车削，若规定安全系数n = 1.4，试校核m –m截面的强度。 1)先求σmax = M/W： W = πd3/32 ； 得： σmax = 860×32 / π·0.053 = 70 MPa 2)再求nσ= σ-1εσβ/(Kσ·σmax)： 由端铣键槽查P34图11.9a中曲线2得： 当σ = 520 MPa 时， Kσ= 1.65； 由d = 50 mm查P35表11.1得： εσ= 0.84； 1)先求σmax = M/W： W = πd3/32 ； 得： σmax = 860×32 / π·0.053 = 70 MPa 2)再求nσ= σ-1εσβ/(Kσ·σmax)： 由端铣键槽查P351图11.9a中曲线2得： 当σ = 520 MPa 时， Kσ= 1.65； 由d = 50 mm查P352表11.1得： εσ= 0.84； 11.6 提高构件疲劳强度的措施 1)尽量缓和应力集中现象： 尽量避免或减缓截面尺寸的突变现象； 尽量提高其表面光洁度、避免划伤等。 2)提高表层强度： 通过机械的(喷丸等工艺)、化学的 (表面渗碳、氮化等工艺)或其他方法(如高频淬火等)，使构件表面硬度提高并使其表层材料性质发生了变化，从而提高构件疲劳强度。 或： 二、对称循环的疲劳强度条件: nσ≥n (工程规定的安全系数) 或： nτ≥n 。 m m 分析： 该轴旋转时，弯矩M 不变，则m –m截面上的应力为对称循环的交变弯曲应力，需校核其疲劳强度。 φ m m = 50 mm φ M = 860 N·m σb = 520 MPaσ-1 = 220 MPa， n = 1.4 由轴表面加工为车削查查P36表11.2得： β= 0.935 (直线内插法) 由轴表面加工为车削查查P36表11.2得： β= 0.935 (直线内插法) 得： nσ= 220×0.84×0.935 / (1.65×70) =1.5 3)校核： nσ= 1.5 1.4 = n 得m –mA截面满足疲劳强度 σ-1 = 220 MPa， 例 旋转碳钢轴上，作用一不变的力偶 M=0.8kN·m，轴表面经过精车，? b=600MPa，?–1= 250MPa，规定 n=1.9，试校核轴的强度。 解：① 确定危险点应力及循环特征 为对称循环 f70 f50 r=7.5 M M ③ 强度校核 ② 查图表求各影响系数，计算构件持久限。 求K?： 求?? ：查图得 查图得 求? ：表面精车， ? =0.94 安全 * Up Down * * * * 材料力学 Mechanics of materials ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m ω m 一、交变应力(Alternating stress