第3章机械零件的强度.ppt

材料疲劳的两种类别 机械零件材料的抗疲劳性能是通过试验决定的。即在材料的标准试件上加上循环特性为r的等幅变应力，通常是加上循环特性为r=σmin/σmax=-1的对称循环变应力或者 r=0的脉动循环（也叫零循环）的等幅变应力，并以循环的最大应力σmax表征材料的疲劳极限，线。 通过试验，记录出在不同最大应力下引起试件疲劳破坏所经历的应力循环次数N，即可得到疲劳曲线，通称σ-N曲 要点：? 1)参阅课程内容,求出三种情况下的Sca计算公式。 2)在应力变化规律不清情况下，可近似按r=C简单加载情 况处理。 3)理解三种加载情况下的疲劳安全区及塑性安全区的判定方法。 * 第三章 机械零件的强度 *教学基本要求 1.了解载荷、应力类型及相互关系 2.掌握变应力的类型和最大、最小、平均应力、应力幅、应力比的定义及相互关系 3.掌握强度计算的三个理论基础（疲劳曲线、等寿命曲线、迈内尔假说） 4.掌握单向稳定变应力的强度计算方法，了解应力等效转化的概念 5.会使用本章附录的图表与曲线 重点和难点 * 重点:掌握机械零件在稳定循环变应力下，根据任意循环次数和任意循环特征确定极限应力的方法；单向应力状态下安全系数计算方法。特别强调的是，在计算安全系数时所用的极限应力与工作应力的变化规律必须相一致。 * 难点:正确区分变应力的类型；理解和掌握将非稳定循环变应力转化为等效的稳定循环变应力、非对称循环变应力转化为等效对称循环变应力、复合应力状态转化为单向应力状态的原则和方法。 第3章 机械零件的强度 §3-1 材料的疲劳特性 §3-2 机械零件的疲劳强度计算 §3-3 机械零件的抗断裂强度 §3-4 机械零件的接触强度 一、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 §3-1 材料的疲劳特性 变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。 ▲ 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， ▲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。 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 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。 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 材料疲劳曲线 加载过程如应力循环图中实线oa部分所示，它代表一