机械零件的疲劳强度一、变应力及其参数载荷分为静载荷和动载荷，静.doc

机械零件的疲劳强度 一、变应力及其参数? ????载荷分为静载荷和动载荷，静载荷的特点就是不随着时间变化或变化缓慢。变载荷的特点就是随着时间呈现周期性或非周期性的变化。? ????静应力：机械零件中应力的大小和方向不随时间变化而保持恒定。有静载荷产生。工程实际中比较少。? 变应力：应力的大小和或方向随着时间而变化，多数情况下零件的应力是随着时间再做不同的变化的。随着时间做周期性变化的变应力称为循环变应力，其主要参数不随着时间变化的称作稳定循环变应力，相反为非稳定循环变应力。本书的讨论仅限于稳定循环变应力。 a）稳定循环变应力?????b）非稳定循环变应力? σa——应力幅? σm——为平均应力? σmax——绝对值最大应力? σmin——为绝对值最小应力???????N—循环次数 ?r—应力比（循环特性） a）-1＜r＜1非对称循环变应力??b）r=-1对称循环变应力??c）r=0脉动循环变应力? 1）非对称循环变应力??-1＜r＜1? 2)?对称循环变应力??r?=?-1? ?3)?脉动循环变应力??r=0?? 二、疲劳断裂和疲劳曲线? 零件材料在多次反复的变应力作用下，会产生局部永久性的损伤累积，生成疲劳裂纹，当应力循环次数达到一定值时将突然发生疲劳断裂。??? ??1、疲劳失效：? 很多机械零件受变应力作用。即使变应力的?。而变应力的每 次循环也仍然会对零件造成轻微的损伤。随应力循环次数的增加，当损伤累积到一定程度时，在零件的表面或内部将出现（萌生）裂纹。之后，裂纹又逐渐扩展直到发生完全断裂。??——这种缓慢形成的破坏称为?“疲劳破坏”。??——是变应力作用下零件的主要失效形式。? 疲劳失效的三个阶段：裂纹形成、裂纹扩展、瞬时断裂????材料的疲劳特性，可用最大应力 、应力循环次数N、应力比r来描述。机械零件材料的抗疲劳性能是通过实验来测定的。即在材料的标准试件上加上一定应力比的等幅变应力，通常是加上应力比r=?-1的对称循环应力或是r=0的脉动循环应力，通过实验，记录处在不同最大应力下引起时间疲劳破坏所经历的应力循环次数N。? 上图描述了在一定应力比的r下，疲劳极限（以最大应力表征），与应力循环次数N的关系曲线，通常称为δ-N曲线。 ?A-B段：循环次数约为10V3，使材料试件发生破坏的最大应力值基本不变，或者说下降的很小，所以把应力循环次数N≤10v3使得变应力强度看做是静应力强度的状况。? B-C段：随着循环次数的增加使材料发生疲劳破坏的最大应力将不断下降。仔细检查时间这一阶段的破坏断口状况，总能见到材料已发生塑性变形的特征。C点相应的循环次数大约在10v4左右，（应变疲劳或低周疲劳）? C-D段：有限寿命疲劳阶段,试件经过一定次数的交变应力作用后总会发生疲劳破坏。曲线CD上任何一点所代表的疲劳极限，称为有限寿命疲劳极限，用δrn表示，r代表应力比，N代表相应的应力循环次数。?δrnN=C??（Nc≤N≤Nd）? ?D以后：进入无限寿命区? 曲线CD和D以后两段所代表的疲劳强度通常称为高周疲劳，大多数通用机械零件及专用零件的失效都是有高周疲劳所引起的。?2、疲劳失效的特点?疲劳断裂时：受到的低于，甚至低于，不论是脆性材料，还是塑性材料，断口通常没有显著的塑性变形。??——??表现为：脆性断裂。——??突然性，更危险。? 疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。——寿命的计算。?疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。?3、疲劳强度计算? ??1）综合影响系数Kab（K）???????????Kab=K/αβ? 其中：K为应力集中系数?考虑零件几何形状引起的应力集中的影响。???????α尺寸系数??考虑零件尺寸与试件尺寸不同的影响? ??????β表面状态系数??考虑零件表面质量和可能采取的强化工艺的影响????2）单向应力时的安全系数?零件受对称循环应力的作用，则计算安全系数为????? ???3）复合应力时的安全系数??? ???4）许用安全系数