工程力学第五章 (2).ppt

机械工业出版社 * 退出 第五章 疲劳 第一节 概述 第二节 SN曲线与疲劳强度 第三节 影响构件持久极限的因素 第四节 持久极限线图 第五节 对称循环构件的疲劳强度校核 第六节 非对称循环构件的疲劳强度校核 第七节 提高构件疲劳强度的措施 习题 下一页 上一页 第一节 概述 1交变应力 图5-1 某些机械零件工作时，其应力往往随时间作周期性的变化，这种应力称为交变应力。 图5-2 图5-3 在交变应力下，通常把最小应力和最大应力之比称为交变应力的循环特征。 除对称循环外，其他应力循环称为非对称循环。 若r=0或r=－∞ 称为脉动循环。 2疲劳 金属构件经过交变应力一段时间的作用后发生断裂的现象，称为疲劳。 疲劳破坏的过程一般可以分成三个阶段。第一阶段为裂纹形成阶段，在交变应力作用下，最高应力区（如表面应力集中区、材料缺陷处）金属晶体滑移带开裂成微观裂纹，形成疲劳源区。疲劳源区很小，放大500倍后才能看到明显的疲劳条纹，它可用来分析裂纹产生的原因。第二阶段为裂纹扩展阶段，在交变应力作用下，裂纹尖端因应力集中而逐渐扩展，裂纹两面不断研磨形成光滑区，即裂纹扩展区。第三阶段为瞬时断裂阶段，随着裂纹的不断扩展，截面削弱直至强度不足而突然断裂，形成断口的粗糙区，弹塑性材料表现为纤维状，脆性材料表现为结晶状。 图5-4 第二节 SN曲线与疲劳强度 图5-5 图5-6 图5-7 图5-8 图5-9 第三节 影响构件持久极限的因素 1 构件外形 图5-10 图5-11 2 构件尺寸 图5-12 构件的尺寸比光滑小试样的尺寸越大，它所包含的内部缺陷也就越多，生成裂纹的裂纹源越多。 (图5-12)同时，构件的尺寸越大，其应力分布的变化梯度越小，即高应力区范围越大（图5-12），形成疲劳裂纹的机会增加，持久极限降低。这种尺寸效应的影响可用尺寸因数εσ表示。 3 构件表面质量 图5-13 弯曲、扭转变形时构件内最大应力发生于表层，疲劳裂纹也多在表层形成。若构件的表面比光滑小试样差，如粗糙不平、擦伤、划痕等，形成疲劳裂纹的可能性增加，持久极限就会降低。相反若构件表面质量优于光滑小(图5-13) 试样，持久极限则会提高。表面质量对持久极限的影响可用表面质量因数β表示，对称循环时它是构件的持久极限 (σ-1.2mm－1)β与光滑小试样的持久极限σ-1.2mm－1之比。 例5-1 阶梯轴如图5-14所示，材料为铬镍合金钢，σb=920MPa，σ-1.2mm－1=420MPa，τ－1=250MPa，试分别求弯曲和扭转时的有效应力集中因数和尺寸因数。 图5-14 第四节 持久极限线图 图5-15 图5-16 图5-17 第五节 对称循环构件的疲劳强度校核 第六节 非对称循环构件的疲劳强度校核 1非对称循环下的疲劳强度条件 图5-18 图5-19 机械工业出版社 *