第十二章动载与交变.ppt

主要内容 【学 时】 6 【基本要求】 高速旋转或者以很高的加速度运动的构件、承受冲击物作用的构件，其上作用的载荷，就是动载荷，构件中的应力，就是动应力。 具有一定速度的运动物体,即冲击物，向着静止的构件(被冲击物)冲击时，冲击物的速度在很短的时间内发生了很大变化，即：冲击物得到了很大的负值加速度。这表明，冲击物受到与其运动方向相反的很大的力作用。同时，冲击物也将很大的力施加于被冲击的构件上，这种力工程上称为 “冲击力”或“冲击载荷” 注意:不同情形下动荷因数具有不同的形式.即使同是冲击载荷，有初速度的落体冲击与没有初速度的自由落体冲击时的动荷是不同的。落体冲击与非落体冲击(例如，水平冲击)时的动荷因数也不同的。 现象称为应力集中。显然，应力集中的存在不仅有利于形成初始的疲劳裂纹，而且有利于裂纹的扩展，从而降低零件的疲劳极限。 或“材料的疲劳极限”。试验结果表明，随着试样直径的增加，疲劳极限将下降，而且对于钢材，强度愈高，疲劳极限下降愈明显。因此，当零件尺寸大于标准试样尺寸时，必须考虑尺寸的影响。 为分析复杂的冲击问题提供了简略的计算手段。在运用此法分析计算实际工程问题时应注意回到其基本假设逐项进行考察与分析，否则有时将得出不合理的结果。 二.疲劳破坏和疲劳强度计算 本章研究交变应力作用下构件的疲劳破坏和疲劳强度计算。引入了一系列与疲劳和疲劳破坏有关的基本概念，分析了影响疲劳极限的因素，给出了对称循环下构件疲劳强度的强度准则，讨论了提高构件疲劳强度的措施。 对称循环下构件的疲劳极限分析是本章的基础性内容。光滑小试件的疲劳极限 （或 ）通过实验测得，构件的持久极限 （或 ）由下式计算 一旦确定了构件的疲劳极限，则构件在对称循环下的疲劳强度计算在方法和数学形式上与静强度计算差别不大，相应有 第26次作业： 6-2; 6-6; 6-9; 6-14; 6-16 冲击载荷 最大冲击应力 最大冲击挠度 §12-5 交变应力的的基本参量 交变应力－点的应力若随时间而变化，这种应力称为交变应力,如 t 一.基本概念 最大应力: 最小应力: 平均应力: 应力幅值: 应力循环－应力变化的一个周期 应力循环 应力比－应力循环中最小应力与最大应力之比 二.几种典型交变应力的变化规律 1.对称循环－应力比 r = -1 的应力循环 此时: 2.脉冲循环－应力比 r = 0 的应力循环 此时 3.静应力—静应力作为交变应力的特例，在静 应力作用下： 此时: 三 应力循环的分类 对称循环 非对称循环 应力循环可分为： 需要注意的是：应力循环指一点的应力随时间的变化循环，最大应力与最小应力等都是指一点的应力循环中的数值。它们既不是指横截面上由于应力分布不均匀所引起的最大和最小应力，也不是指一点应力状态中的最大和最小应力。 上述广义应力记号S泛指正应力和切应力。若为拉、压交变或反复弯曲交变，则所有符号中的S均为正应力?；若为反复扭转交变，则所有S均为剪应力? ，其余关系不变。 破坏时，名义应力值远低于材料的静载强 度极限； 破坏前没有明显的塑性变形，即使韧性很好 的材料，也会呈现脆性断裂； 交变应力作用下的疲劳破坏需要经过一定数 量的应力循环； 疲劳破坏的概念－材料与构件在交变应力作 用下的破坏，称为疲劳破 坏,简称疲劳。 疲劳破坏的特征 §12-6 疲劳破坏与疲劳极限 一.疲劳破坏 产生疲劳破坏的原因: 长期在交变应力作用下,金属结构内部,将沿着最大剪应力作用面产生滑移,形成微观裂纹.在 交变应力的反复作用下形成宏观裂纹并逐渐扩展.随着裂纹的扩展,构件截面不断削弱,最后,突然断裂. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 粗糙区 光滑区 裂纹源 . . . 同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗 粒状区域。 疲劳强度设计的依据－疲劳极限 疲劳极限－经过无穷多次应力循环而不发生疲劳破坏时的最大应力值。又称为持久极限σr. 疲劳极限由疲劳实验确定. 二.疲劳极限 疲劳寿命－试样疲劳破坏时所经历的应力循环次数N. Smax 越大 , N就越小. 于是可得以下的应力－寿命曲线 应力－寿命曲线 条件疲劳极限 对于有渐近线的S－N曲线，规定经历107次应力