第十一章 交变应力.ppt.ppt

、持久极限曲线： 可见循环特性r相同的所有应力 循环都在同一射线上。可以推想：在每条由原点出发的射线上，都有一个由持久极限确定的临界点，将这些点连接起来所得到的曲线就是持久极限曲线，如下图中的 曲线。 以平均应力 为横轴，应力幅度 系。对于任意一应力循环，根据其 、 为纵轴建立一坐标 在坐标系中确定一个对应力C。因 值，就可以在可以 纵横坐标之和就是该点所代表的应力循环的最大应力, 由原点 向C点作一射线，其斜率应为： ，即一点的 讨论： (1) A点： 表明纵坐标轴上的各点代 表对称循环， (2) B点： 表明横坐标轴上的各点代表静应力， (3) 曲线 与坐标轴在 区域，区域内的各点，由于其对应的应力循环中的 坐标平面中围成一个 ，所以不会引起疲劳破坏。 二、简化持久极限曲线： 为了便于使用起见，工程上通常采用简化的持久极限曲线，最常用的简化曲线是根据材料的 ， 在 坐标平面上确定A、B、C三点。 折线ACB即为简化曲线。 直线AC的斜率： 直线AC的方程： 2 . 应力循环对不对称性的敏感系数 上图中： 1 .实验表明：构件的应力集中，尺寸大小，表面质量等因素，只对属于动应力的应力幅度 属于静应力的平均 有影响，而对于 的影响后，应力幅度分别为： 并无影响。在对称循环和脉动循环下，考虑了上述因素 和 故实际构件的简化折线应为上图中的EDB。 相当于E、D两点， 应力 ，在上图中 讨论： 引用记号 则： 由上图可看出： ——应力循环不对称性敏感系数 注： 正好等于图中斜线AC的斜率。对于普通钢的 表： 值请查 §13.7不对称循环下构件的疲劳强度计算 、强度条件的确定： 在上图中，若以G点表示构件工作时危险点的交变应力，则： 1． 时的强度条件的确定： 即： 当构件的循环特性 ED相交，此时构件的工作安全系数 范围内时，射线OG与线段 应为： 如图所示，P点的纵横坐标之种就是构件的持久极限 ， (a) 由 ∽ 得： 代入(a)得： (b) 又因： (c) 又由 ∽ 得： (d) 联解(c)(d)得： 代回b式得： （11-16） 从而得 时的强度条件为： * * 第十一章 交变应力 本章内容: §11.1 交变应力与疲劳失效 §11.2 交变应力的循环特征，应力幅和平均应力 §11.3 持久极限 §11.4 影响持久极限的因素 §11.5 对称循环下构件的疲劳强度计算 §11.6 持久极限曲线 §11.7 不对称循环下构件的疲劳强度计算 §11.8 弯扭组合交变应力的强度计算 §11.9 变幅交变应力 §11.10 提高构件疲劳强度的措施 大家考虑一下我们的日常所见，即可发现，工程中的许多载荷是随时间而发生变化的，而其中有相当一部分载荷是随时间作周期性变化的。例如火车的轮轴。 §11. 1 交变应力与疲劳失效 交变应力 ? 构件内随时间作周期性变化的应力。 电机偏心转子引起梁的振动 静平衡位置 一、定义： 交变应力：构件中点的应力状态随时间而作周期性变化的应力。 疲劳破坏：在交变应力下，虽然最大应力小于屈服极限，长期重复之后，也会突然断裂。即使是塑性较好的材料，断裂前也没有明显的塑性变形。这种破坏现象习惯上称为疲劳破坏。 二、交变应力所造成的危害： 机械零件的破坏 如列车轮轴的疲劳破坏会引起列车出轨。汽轮机任一叶片的疲劳破坏将打断整圈叶片，且破坏前无明显征兆，故常常令人防不胜防。 是由交变应力造成的，且危害性很大。如 1.断面呈现光滑区和粗糙区两部分。 2.光滑区有明显的裂纹源。 3.粗糙区域与脆性材料（铸铁）构件在静载下脆性破坏的断 口相似。 4.因交变应力产生破坏时，最大应力值一般低于静载荷作用下 材料的抗拉(压)强度极限σb，有时甚至低于屈服极限σs 5.材料的破坏为脆性断裂，一般没有显著的塑性变形，即使是 塑性材料也是如此。在构件破坏的断口上，明显地存在着两 个区域：光滑区和颗粒粗糙区。 6.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。 三、疲劳破坏构件的特征： 四、疲劳破坏的解释： 由于构件的形状和材料 不均匀等原因，构件某些局 部区域的应力特别高。在长 期交变应力作用下，于上述 应力特别高的局部区域，逐 步形成微观裂纹。裂纹尖端 的严重应力集