第二章机械零件的强度1.pptVIP

* 第2章 机械零件的强度 §2-2 材料的疲劳特性 §2-3 机械零件的疲劳强度计算 §2-4 机械零件的接触强度 §2-1 载荷和应力 潘存云教授研制 Fn b ( )max Fn b ( )min §2-1 载荷和应力 一、载荷的简化和力学模型 考虑到工程问题的复杂性，强度计算时，往往要对作用在零件上的载荷进行简化——条件性计算。 简化方法：以集中力代替均布力 以支承点代替支承面 二、载荷的分类 载荷 静载荷 变载荷 工作载荷 名义载荷 计算载荷 K——载荷系数 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 三、应力的种类 o t σ σ=常数 脉动循环变应力 r =0 静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化 平均应力: 应力幅: 循环变应力 变应力的循环特性: 对称循环变应力 r =-1 ----脉动循环变应力 ----对称循环变应力 -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 四、静应力作用下零件的强度问题 1. 简单静应力下零件的强度计算 2. 复杂静应力下零件的强度计算 脆性材料： 塑性材料： 第一强度理论 第三强度理论 第四强度理论 ——脆性材料 ——塑性材料 §2-2 变应力作用下材料的疲劳特性 一、变应力作用下零件的失效特征 变应力作用下，零件的损坏形式都是疲劳破坏，如：疲劳断裂、疲劳点蚀等。 ▲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。 潘存云教授研制 ▲ 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， 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 潘存云教授研制 潘存云教授研制 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，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 在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。 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。 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 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。 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 三、等寿命疲劳曲线 实际应用时常有两种简化方法。 σS σ-1 45? 潘存云教授研制 σa σm σS 45? σ-1 O 简化等寿命曲线（极限应力线图）： 静应力（塑性材料）： σa=0 σm=σs A E直线上任意点代表了一定循环特性r 时的疲劳极限。 对称循环： σm=0 A 脉动循环： σm=σa =σ0 /2