第十一章动荷载.pptVIP

应力集中因数 为局部最大应力， 为削弱处的平均应力。 应力峰值须借助弹性理论的精确计算或实验应力分析的方法得到。 应力峰值σmax与剩余面积上的平均应力值σ0之比称为应力集中系数（或称因数），记为 用来描述应力集中的程度。可参阅相关资料和手册。 F F F 因为若材料会发生屈服变形，则当峰值应力达到屈服极限时就不再继续增大； ●静载荷作用下： 塑性材料所制成的构件对应力集中的敏感程度较小； 对于这类塑性材料，可以不考虑应力集中的影响，在剩余截面上按应力平均分布来处理。 对于无屈服的塑性材料（如高强钢）和脆性材料（如铸铁），则不能按平均化处理，必须考虑应力集中效应。 随着载荷的不断增加，屈服的区域会逐步增大至整个截面，从而大大缓解了应力集中的程度。 即当σmax 达到σb 时，该处首先产生破坏。 ●动载荷作用下： 无论是塑性材料制成的构件还是脆性材料所制成的构件都必须要考虑应力集中的影响。 F 脆性材料所制成的构件必须要考虑应力集中的影响。 二、交变应力及金属疲劳破坏的概念 1.交变应力 交变应力：随时间t作周期性循环变化的应力。 交变载荷：随时间t作周期性变化的载荷。 （桥梁、吊车梁） 不变载荷也会引起交变应力 工程实例： 火车轮轴横截面边缘上A点的弯曲正应力随时间作周期性变化 火车轮轴 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。 齿轮啮合时齿根A点的弯曲正应力随时间作周期性变化。 2.疲劳与疲劳破坏（疲劳失效） 结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力作用下发生的破坏现象，称为疲劳破坏，简称疲劳。 3.疲劳破坏的特点 ①破坏时的最大工作应力远低于材料在静载作用下的屈服应力； 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； ④金属材料的疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与粗糙区域。 4.疲劳破坏的机理 交变应力引起金属原子晶格的位错运动； 位错运动聚集，形成分散的微裂纹； 微裂纹沿结晶方向扩展（大致沿最大剪应力方向形成滑移带），贯通形成宏观裂纹； 突然断裂，形成断口的粗糙区。 宏观裂纹沿垂直于最大拉应力方向扩展，宏观裂纹的两个侧面在交变载荷作用下，反复挤压、分开，形成断口的光滑区； 疲劳破坏的过程：疲劳裂纹源的形成 疲劳裂纹的扩展 最后的脆断 一个应力循环 5.交变应力下的循环特征 ◆应力谱：应力随时间变化的曲线。 ◆应力值从最大应力σmax到最小应力σmin再回到σmax 值的过程称为一个应力循环。 ◆完成一个应力循环所需的时间，称为一个周期。 ◆交变应力的基本参数 最大应力σmax 最小应力σmin 5个参数中只有两个是独立的。 讨论： ①最大应力σmax和最小应力σmin有正负之分。 ②对交变切应力有同样的模式。 交变正应力 ?max、?min、?m、?a、r ③σmax和σmin固定不变，叫稳定的交变正应力； σmax和σmin是变化的，叫不稳定的交变正应力。 稳定的交变正应力 不稳定的交变正应力 ④常见的几种的交变应力 ——对称循环交变正应力 ——脉动循环交变正应力 ■静应力 ⑤工程上把交变应力分成 对称循环交变应力，r =-1。 非对称循环交变应力,r≠-1。 6.S-N曲线和材料的疲劳极限（持久极限） ▲疲劳寿命：材料在交变应力作用下产生疲劳破坏时所经历的应力循环次数，记作N，与σmax有关。 ▲疲劳极限（持久极限）: 在交变应力下，构件内应力的最大值（绝对值)如果不超过一定的限度，这个构件可以经历无限次循环而不破坏。这个极限应力值称为持久极限（或疲劳极限），用σr 表示。 同一种材料，在不同的循环特征r下，持久极限是不同的。其中对称循环（r =-1）时的持久极限最低。用σ-1 表示。 ▲ σ-1 的测定： 取8-10根光滑小试件 ①取第一根试件，使最大交变正应力为σb的60%，放在疲劳试验机上，记下循环次数N1； ②取第二根试件，使最大交变正应力下降2MPa，放在疲劳试验机上，记下循环次数N2； ③取第三根试件，使最大交变正应力下降2MPa，放在疲劳试验机上，记下循环次数N3； ⑩取第十根试件，使最大交变正应力下降2MPa，放在疲劳试验机上，记下循环次数N10； ▲应力寿命曲线（S-N 曲线） 横坐标：发生破坏时的应力循环次数N（疲劳寿命） 纵坐标：最大应力值σmax 对于黑色金属， N=107出现水平段，把N=107所对应