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习题讲解 1.7 有一根轴向尺寸很大的轴，在500℃温度下工作，承受交变扭转载荷和交变弯曲载荷，轴颈处承受摩擦力和接触压应力，试分析此轴的失效形式可能有哪几种？设计时需要考核哪几个力学性能指标？ 第1.13题： 普遍存在的问题：所有的失效形式都罗列上去 根据轴的尺寸形状及工作条件进行判断： 条件 失效形式 力学性能指标 （1）轴向尺寸大?易发生过量弹性变形?允许的过量弹性 变形量，刚度 （2）500℃工作? 高温氧化 ?一般不作校核 蠕变（变形or断裂）?蠕变极限，持久强度 （3）交变载荷? 疲劳 ?疲劳极限、过载持久值 （4）摩擦接触? 磨损（接触疲劳） ?硬度 随堂练习题 1、某大型机械零件停机检修时用x射线检测发现内部最大的裂纹尺寸为4 mm，裂纹几何形状因子为1.77， 该钢的屈服强度为1200 MPa, 断裂韧度为84 MPa.m1/2，零件运行时最大应力值为800 MPa,请计算该零件不发生低应力脆断的ac，并判断该零件能否继续安全运行。 解题思路：断裂力学中的断裂韧度公式： （1）应力场强度因子=断裂韧度，则安全 KIC= Yσa1/2, Y 是裂纹的几何形状因子 = 1.77 σ是零件的工作应力= 800 MPa a 是裂纹的半长度; 2a——裂纹长度 （2）ac大好 or 小好？? 越大越安全 2ac—零件当中允许的裂纹最大尺寸，当零件当中的实际裂纹长度小于2 ac时，零件安全可靠 由此，ac=( KIC/Yσ)2 =(84/(1.77*800))2=0.0035 m =3.5mm, 裂纹长度2ac =7 mm 4mm, 因此可以继续安全运行。 填空 判断 所谓过量弹性变形，是指零件发生了塑性变形。 一般金属零件的韧性断裂的断口为( )形，颜色为（ ）色；室温拉伸试验中脆断裂的断口为（ ）状态。 海滩状（贝壳）状花样表示裂纹失稳扩展 疲劳断口是由( )、( )、( )三个区域组成 广东工业大学 机电工程学院 主讲人：广东工业大学 罗红平 邮 箱：luohongping@gdut.edu.cn KIC= Yσa1/2 Y 是裂纹的几何形状因子 σ是零件的工作应力= 800 MPa a 是裂纹的半长度; 2a——裂纹长度 材料常见的失效形式 过量变形 断裂 磨损 腐蚀 高温蠕变变形、断裂 过量变形 弹性变形 塑性变形 抗力指标 条件比例极限 条件弹性极限 条件屈服极限 σ0.001%-0.01% σ 0.005%-0.05% σ 0.01%-0.5% 弹性变形量Δl 屈服强度、抗拉强度、断裂强度 弹性模量、刚度、弹性极限 硬度 断裂 韧性断裂 脆性断裂 抗力指标 冲击韧度ak 断裂韧度KIC 疲劳断裂 静、冲击载荷 交变载荷 断口特征 疲劳极限 过载持久值 磨损 粘着磨损 磨粒磨损 腐蚀磨损 氧化磨损 接触疲劳：磨点磨损 微动磨损 腐蚀 高温氧化腐蚀 电化学腐蚀 电偶腐蚀 小孔腐蚀 缝隙腐蚀 应力腐蚀 防腐蚀措施 高温蠕变 持久强度 蠕变极限 解：由裂纹尖端应力场强度因子计算公式 KI= Y s a1/2 Y 是裂纹的几何形状因子 = 1.77 s是零件的工作应力= 800 MPa 断裂韧度KIC为84 MPa.m1/2 ×裂纹亚稳扩展 × 弹性变形过大，可恢复 疲劳源区 疲劳裂纹扩展区 最终断裂区 杯 灰 白亮平齐 广东工业大学 机电工程学院