第11章-交变应力分解.ppt

王明禄 * 第 十 一 章 交 变 应 力 §11-1 交变应力与疲劳失效 §11-2 交变应力的循环特征、应力幅和平均应力 §11-3 持久极限 §11-4 影响持久极限的因素 §11-5 对称循环下构件的疲劳强度计算 §11-6 持久极限曲线 §11-7 不对称循环下构件的疲劳强度计算 §11-10 提高构件疲劳强度的措施 §11-1 交变应力与疲劳失效 交变应力：构件内随时间作周期性变化的应力。 ①折断一根铁丝的启示 疲劳与疲劳破坏：结构的构件在交变应力的作用下发生的破坏现象，称为疲劳破坏，简称疲劳 ②齿轮啮合时齿根A点的弯曲正应力 随时间作 周期性变化。 车轴每转一周，某点处的材料即经历一次由拉伸到压缩的应力循环。 ③机车车轴 ④电机转子偏心惯性力引起强迫振动梁上的危险点正应力随时间作周期性变化。 表示电机的重力W以静载方式作用于梁上引起的静应力，最大应力和最小应力分别表示梁在最大和最小位移时的应力。 因疲劳破坏是在没有明显征兆的情况下突然发生的，极易造成严重事故。据统计，机械零件，尤其是高速运转的构件的破坏，大部分属于疲劳破坏。 疲劳失效的特点 构件在交变应力作用下失效时，具有如下特征： 1）破坏时的最大应力值往往低于材料在静载作用下的屈服应力；（必要性） 2）构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环； 3）构件在破坏前没有明显的塑性变形预兆，即使塑性材料，也将呈现“突然”的脆性断裂；（危害性） 4）金属材料疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。（判断依据） 疲劳失效机理 疲劳源 裂纹扩展 光滑区 粗糙区 脆断 金属材料裂纹 1979年，美国DE-10型飞机失事，死亡270人，原因螺旋桨转轴发生疲劳破坏，该型号飞机停飞一年，全面检修，是设计问题。 疲劳破坏案例1 1981年初，欧洲北海油田“基尔兰”号平台覆灭，死亡123人，原因疲劳破坏，横梁在海浪的交变应力作用下，横梁承孔边裂缝，当时大风掀起7米巨浪，10105吨的浮台沉没于大海之中 疲劳破坏案例2 1998年5月，德国高速列车出轨，原因列车大轴发生疲劳破坏。 疲劳破坏案例3 §11-2 交变应力的循环特征、应力幅和平均应力 应力循环：应力每重复变化一次，称为一个应力循环。完成一个应力循环所需的时间T ，称为一个周期。 1.对称循环 如:机车车轴 2.脉动循环 3.静载 §11-3 持久极限 试件分为若干组，最大应力值由高到底，以电动机带动试样旋转，让每组试件经历对称循环的交变应力，直至断裂破坏。 记录每根试件中的最大应力 （名义应力，即疲劳强度）及发生破坏时的应力循环次数（又称疲劳寿命），即可得S—N应力寿命曲线。 应力—寿命曲线，也称S—N曲线。 S-N曲线 为对称循环时材料的疲劳极限 材料的疲劳极限 有色金属及其合金的应力—寿命曲线无明显趋于水平的直线部分。通常规定N0=(5-10)×107作为循环基数，所对应的应力为该材料的条件疲劳极限。 §11-4 影响持久极限的因素 1.构件外形的影响 2.构件尺寸的影响 3.构件表面质量的影响