材料力学第11章(交变应力).ppt

§11–１ 交变应力与疲劳失效 例2 阶梯轴如图，材料为铬镍合金钢，?b=920MPa，?–1= 420MPa ，?–1= 250MPa ，分别求出弯曲和扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数。 解：1.弯曲时的有效应力集中系数和尺寸系数 由图表查有效应力集中系数 由表查尺寸系数 f50 f40 r=5 2.扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数 由图表查有效应力集中系数 应用直线插值法 由表查尺寸系数 一、对称循环的疲劳许用应力: 二、对称循环的疲劳强度条件: §11–5 对称循环下构件的疲劳强度计算 ≤ 例3 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 §11–10 提高构件疲劳强度的措施 1. 减小应力集中的影响 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。 应力集中处 措施： 1) 用圆角过渡； R 2)尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3)采取增加卸载槽、增大轴径、过渡肩环、凹切圆角等措施也可以减小过盈配合处的局部应力。 轴上开卸载槽 应力集中系数可减少40% 轮上开卸载槽 应力集中系数可减少15~25% 增大轴的直径 应力集中系数可减少30~40% d 1.05d 30? r 凹切圆角 过渡肩环 1.06~1.06d d 2.降低表面粗糙度 表面愈粗糙?疲劳强度愈低 表面强化处理的方法有： ▲ 表面高频淬火； ▲ 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理； ▲ 碾压、喷丸等强化处理。 通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力，从而提高轴的疲劳能力。 3.增加表层强度 * 第十一章 交变应力 §11–1 交变应力与疲劳失效 §11–2 交变应力的几个名词术语 §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 一、交变应力：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。 t ? 材料在交变应力作用下，在长期的反复之后，构件会在低于屈服极限的情况下发生破坏，习惯上称为疲劳破坏。 二、疲劳破坏的发展过程: 1.亚结构和显微结构发生变化，从而永久损伤形核。 2.产生微观裂纹。 3.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。 4.宏观主导裂纹稳定扩展。 5.结构失稳或完全断裂。 材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。 三、疲劳破坏的特点: 2.断裂发生要经过一定的循环次数 3.破坏均呈脆断 4.“断口”分区明显。 （光滑区和粗糙区） 一、循环特征： 三、应力幅： 二、平均应力： sm smin smax sa T t s §11–2 交变应力的几个名词术语 四、几种特殊的交变应力： 1.对称循环： 2.脉动循环： t s 3.静应力： t ? -1≤r≤1 [例1] 发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Pmax =58.3kN，最小拉力Pmin =55.8kN ,螺纹内径为 d=11.5mm，试求 ?a 、?m 和 r。 解： 一、材料持久极限(疲劳极限)： §11–3 持久极限 循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称为疲劳极限或持久极限。 对称循环的持久极限记为?-1,下标-1表示r=-1。 二、 疲劳试验 疲劳试验机 三、 ? —N 曲线（应力—寿命曲线）： ?-1—对称循环的持久极限 N(次数) smax s-1 smax,1 smax,2 N1 N2 1. 构件外形的影响 §11–4 影响持久极限的因素 1. 构件外形的影响 §11–4 影响持久极限的因素 1. 构件外形的影响 §11–4 影响持久极限的因素 K? 称为有效应力集中系数， 1 图11.8（P349） 2. 构件尺寸的影响 ?? 称为尺寸系数, 1 图11.1（P352） 3. 构件表面质量的影响 ? 称为表面质量系数 如果循环应力为剪应力，将上述公式中的正应力换为剪应力即可。 上述各系数均可查表而得。 对称循环下 ，构件的持久限： * *