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第十五章 疲劳强度（Fatigue Strength) §15–1 交变应力及疲劳破坏 §15–2 材料的疲劳极限 §15–3 构件的疲劳极限及其影响因素 §15–4 构件的疲劳强度计算 §15–5 提高构件疲劳强度的措施 本章习题 疲劳极限：有色金属及其合金不存在持久极限 则指定寿命N。所对应的的应力称为疲劳极限。 持久极限： ?r 对称应力循环应力下的持久极限： 有效应力集中因数或疲劳缺口因数 ： * * * * 材料力学 §15-1 交变应力及疲劳破坏 一、交变应力(alternating stress) ：随时间循环变化的应力。循环应力随时间变化的历程称为应力谱(stress spectrum) 折铁丝: ④循环特征或应力比(stress ratio) ： ③应力幅(stress amplitude) ： ②平均应力(mean stress)： ⑴ 交变应力的名词术语 t S Smin Sm Smax T Sa ① 应力循环周期T： 1 对称循环 ⑵ 几种常见的交变应力： s max s min s a t s s m 2 脉动循环 s max s m s min sa t s t s 3 静循环 稳定交变应力：循环特征及周期不变。 s max min 4 不对称循环 [例15-1] 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： 二、疲劳破坏(fatigue failure)：在交变应力作用下，构件所发生的破坏。 粗糙区 光滑区 裂纹源 ①应力集中区在长期交变应力作用下，逐渐形成微观裂纹，成为裂纹源。 ②裂纹尖端严重的应力集中促使微观裂纹逐渐扩展，形成宏观裂纹。 ③应力的交替变化使裂纹面发生“研磨”形成光滑区。 ④裂纹的迅速扩展，使构件截面严重削弱，从而发生突然脆性断裂。 3.断裂发生要经过一定的循环次数； 2.破坏均呈脆断； 4.“断口”分区明显。 （光滑区和粗糙区） 疲劳破坏的特点： 粗糙区 光滑区 裂纹源 疲劳强度(fatigue strength)：构件抵抗疲劳破坏的能力 §15－2 材料的疲劳极限 一、材料持久极限（endurance limit）：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坏，这个限度值称为“持久极限”，用?r 表示。 二、 ?—N曲线（应力—寿命曲线）： N0—循环基数。 ?r—材料持久极限。 ?A—名义持久极限。 §15－3 构件的疲劳极限及其影响因素 一、影响构件疲劳极限的因素 ①有效应力集中系数Kf (effective stress concentration factor) ②尺寸系数? (size factor) ③表面质量系数? (surface factor) 对称循环时： （构件外形的影响） （截面尺寸） （表面加工质量影响） [例15-3-1]铬镍合金钢材料的阶梯轴如图，?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（弯曲应力）时的有效应力集中系数和尺寸系数 由图查有效应力集中系数P280页 由表图尺寸系数P281 ② 扭转（切应力）时的有效应力集中系数和尺寸系数 由图查有效应力集中系数 应用直线插值法 由表图尺寸系数（扭转） §15-4 构件的疲劳强度计算 构件的疲劳强度条件： ?max为构件内最大的工作应力，[?r]为构件的许用应力 ，n为规定的安全因数。 一、对称循环的疲劳强度条件: 构件的工作安全因数： 强度条件： 二、非对称循环的疲劳强度条件: 三、弯扭组合变形时构件的强度条件 敏感系数 [例15-4-1] 旋转碳钢轴上，作用一不变的力M=0.8kNm，轴表面经过精车，?b=600MPa，?–1= 250MPa，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 ③强度校核 ②查图表求各影响系数，计算构件持久极限 (1)求K? ： (2)求?? ，查表得： 查图 (3)求? ，表面精车，? =0.94 安全 §15－5 提高构件疲劳强度的措施 一、减缓应力集中 截面尺寸突变处，采用半径足够大的过渡圆角； 开减荷槽或退刀槽；角焊缝处，采用坡口焊接等。 精加工；使用中避免表面受机械损伤（划伤、打印）或化学损伤（腐蚀、生锈）等。 二、降低表面粗糙度 三、增加表层强度 可采用热处理和化学处理：表面高频淬火、渗碳、氮化等；也可采用机械的方法：滚压、喷丸等。 一、选择题 1、构件在临近疲劳断裂时，其内部 。 A、无应