【2017年整理】材料力学11交变应力.ppt

第十一章 交变应力;§11–1 交变应力与疲劳失效;§11–1 交变应力与疲劳失效;二、产生的原因;静平衡位置;例题2 火车轮轴上的力来自车箱.大小、方向基本不变. 即弯矩基本不变.;三、疲劳破坏; 材料发生破坏前,应力随时间变化经过多次重复,其循环次数与应力的大小有关.应力愈大,循环次数愈少.;（1）裂纹萌生 在构件外形突变或材料内部缺陷等部位,都可能产生应力集中引起微观裂纹.分散的微观裂纹经过集结沟通,将形成宏观裂纹.;1979年，美国DE-10型飞机失事，死亡270人，原因螺旋桨转轴发生疲劳破坏，该型号飞机停飞一年，全面检修，是设计问题。;1981年初，欧洲北海油田“基尔兰”号平台覆灭，死亡123人，原因疲劳破坏，横梁在海浪的交变应力作用下，横梁承孔边裂缝，当时大风掀起7米巨浪，10105吨的浮台沉没于大海之中;1998年5月，德国高速列车出轨，原因列车大轴发生疲劳破坏。; 交变应力的疲劳破坏与静应力下的破坏有很大差异,故表征材料抵抗交变应力破坏能力的强度指标也不同.;一个应力循环;3.应力幅（Stress amplitude）;二、交变应力的分类 ;（1）若 非对称循环交变应力中的最小应力等于零（ ?min=0）;（2）r 0 为同号应力循环; r 0 为异号应力循环.;例题3 发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Fmax =58.3kN,最小拉力Fmin =55.8kN,螺纹内径为 d=11.5mm,试求 ?a ,?m 和 r.;§11–3 持久极限(Endurance Limit) ; 当最大应力降低至某一值后,S-N 曲线趋一水平,表示材料可经历无限次应力循环而不发生破坏,相应的最大应力值 ?max 称为材料的(持久)疲劳极限或耐劳极限.用 ?r 表示.;F;§11-4 影响构件持久极限的因素;1.00;1.20;图11-8 （c）;;图11-8 （e）;二、构件尺寸的影响; ;三、构件表面状态的影响; 综合考虑上述三种影响因素,构件在对称循环下的持久极限; §11–5 对称循环下构件的疲劳强度计算;例题4 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因数和尺寸因数.;（2）扭转时的有效应力集中因数和尺寸因数; 例题5 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.;（3）强度校核; §11–6 持久极限曲线;sa; 循环特征相同的所有应力循环都在同一射线上.;A;——与材料有关;§11–7 不对称循环下构件的疲劳强度计算( ) ;强度条件为;例题6 如图所示圆杆上有一个沿直径的贯穿圆孔,不对称交变弯矩为Mmax＝5Mmin＝512N·m.材料为合金钢,sb＝950MPa,s-1＝430MPa,yσ＝0.2. 圆杆表面经磨削加工.若规定安全因数n＝2,ns＝1.5,试校核此杆的强度.;（2）确定因数Kσ,εσ,β.;（3）疲劳强度校核;§11–8 弯扭组合交变应力的强度计算 ;静强度补充校核;例题7 阶梯轴的尺寸如图所示.材料为合金钢,sb=900MPa, s-1=410MPa,t-1=240MPa.作用于轴上的弯矩变化于-1000N·m到+1000N·m之间,扭矩变化于0到1500N·m之间.若规定安全因数n=2,试校核轴的疲劳强度.;其次计算交变扭转切应力及其循环特征;（2）确定各种因数;（3）计算弯曲工作安全因数ns和扭转工作安全因数nt; 疲劳裂纹主要形成于构件表面和应力集中部位，故提高构件疲劳极限的措施有： （1）减缓应力集中，设计构件外形时，避免出现方形或带有尖角的孔和槽，在截面突变处采用足够大的过渡圆角，（如阶梯轴轴肩设置减荷槽 或退刀槽 ； （2）降低表面粗糙度，对表面进行精加工，避免表面有机械损伤和化学损伤（如腐蚀）； （3）增加表面强度，通过高频淬火、渗碳、渗氮或液压喷丸进行处理。 ;解题步骤;