第3节机械零件的疲劳强度.ppt

§3-3影响机械零件疲劳强度的主要因素 * 第3章 机械零件的疲劳强度 §3-1　疲劳断裂的特征 §3-2　疲劳曲线和极限应力图 §3-3　影响机械零件疲劳强度的主要因素 §3-4 稳定变应力下机械零件的疲劳强度 §3-5 规律性非稳定变应力的疲劳强度 第3章 机械零件的疲劳强度 主要内容: 疲劳断裂的特征 必须掌握材料的疲劳曲线以及极限应力图 计算稳定变应力下机械零件的疲劳强度 计算规律性非稳定变应力下机械零件的疲劳强度 §3-1　疲劳断裂的特征 变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。 失效过程： ①零件在变应力作用下由制造或材料 等内部缺陷引起的微观裂纹 ②随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩 展，面积减小，应力增加 ③当剩余材料不足以承受载荷时，突 然脆性断裂 截面情况：分成三个区 ①粗糙区 ②光滑区 ③疲劳源 表面光滑 表面粗糙 潘存云教授研制 ▲ 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低，甚至比屈服极限低 ▲ 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂 ▲ 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果 不管脆性材料或塑性材料， 疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征： ▲ 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙 疲劳断裂与静力断裂的比较： 疲劳断裂 静力断裂 应力： 断口： 次数： 潘存云教授研制 潘存云教授研制 σmax N 一、 s —N疲劳曲线　 　　用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为： s —N疲劳曲线 104 C 　　在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σB 。 B 103 σ t σB A N=1/4 　　在AB段，应力循环次数103 σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度。 BC段，N=103~104，随着N ↑ → σmax ↓ ,疲劳现象明显。 因N较小，特称为 低周疲劳。 §3-2 疲劳曲线和极限应力图 潘存云教授研制 　　由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和 σr∞。 σmax N σr N0≈107 C D σrN N σB A N=1/4 　　D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为 ? 　　实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。 可用下式描述　 于是有　 104 C B 103 CD区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为 式中， sr、N0及m的值由材料试验确定。 　　试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的边应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，如果作用的变应力最大应力小于D点的应力（σmaxσr）， 则无论循环多少次，材料都不会破坏。 CD区间——有限疲劳寿命阶段 D点之后——无限疲劳寿命阶段 高周疲劳 潘存云教授研制 σmax N σr N0≈107 C σB A N=1/4 104 C B 103 D σrN N σa σm 潘存云教授研制 σa σm σS σ-1 潘存云教授研制 σa σm σS σ-1 　　材料的极限应力在同一应力循环次数N，与循环特征r的关系称为极限应力图。 其表达：（σm——σa） 简化曲线之一 简化曲线之二 二、极限应力图（σm——σa） 实际应用时常有两种简化方法。 σS σ-1 45? σa σm σS 45? σ-1 O 潘存云教授研制 简化极限应力线图： 已知A’(0，σ-1) B’ (σ0 /2，σ0 /2)两点坐标，求得A’D’直线的方程为 AD’直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。 对称循环 σm=0 A’ 脉动循环 σm=σa =σ0 /2 说明D’S直 线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。 σ0 /2 σ0 /2 45? B’ σ’m σ’a D’S直线上任意点N’ 的坐标为（σ’m ，σ’a ） 由三角形中两条直角边相等可求得 D’S直线的方程为 σ’a D’ S N’ 潘存云教授研制 σa σm σS 45? σ-1 G’ C σ0 /2 σ0 /2 45? B’ S D’ A’ O 而正好落在A’G’C折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。 对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。 公式