机械强度设计_.pptx

6 机械强度设计强度与失效失效：产品不能完成预定功能强度：抵抗失效的能力承载变形振动摩擦腐蚀……5 机械强度设计5.1 常规机械强度设计5.2 抗疲劳强度设计5.3 损伤容限设计5.1 常规机械强度设计应力计算、实测许用平安系数根据工况等规定许用应力由材料、结构及工况规定工作平安系数计算零部件重要程度的影响：K1载荷及应力计算的准确程度的影响：K2不同失效形式的影响：K3应力集中的影响：K4截面尺寸的影响：K5外表加工状态的影响：K6检验质量的影响：K7零部件重要程度系数：K1应力计算的准确度系数：K2计算公式准确，所有作用力及应力时，取K2=1.0；计算公式或图表，使计算所得应力较实际应力高时，取K2=1.0；计算应力较实际应力低，根据两者之差异，可选取K2=1.05—1.65；失效形式影响系数：K3规定拉伸失效为理想失效，该失效形式下的强度极限为拉伸强度极限， K3=1.0；那么在其它失效形式下， K3值分别为：塑性材料脆性材料疲劳破环平安系数影响因素K4、 K5、 K6、 K7K4：应力集中系数 K4 =σmax/ σnK5：截面尺寸增大系数 K5 =1/εK6：外表加工状况系数 K6 =1/βK7：检验质量系数,抽检1.15-1.30, 逐个检验 1.05-1.15静应力下平安系数塑性材料脆性材料变应力下平安系数正应力对称循环剪应力等应力幅非对称循环交变应力变应力幅复合应力等应力幅的平安系数—对称循环疲劳极限有效值工作应力幅强度判据等应力幅的平安系数—不对称循环不对称系数由下式求得变应力幅的平安系数等幅当量应力按Miner准那么和S-N曲线求得弯扭同时作用下的平安系数5.2 抗疲劳强度设计定义：材料或零构件在循环载荷作用下产生裂纹并扩展至断裂的现象称为疲劳破环。与静强度破环的主要区别：静强度破环疲劳破环危险截面局部危险点静载破坏断口疲劳破坏断口变形过大微裂纹扩展疲劳破环特点五大特点：低应力性；突然性；时间性；敏感性；断口的疲劳特性。疲劳破环过程裂纹扩展的第一阶段裂纹成核阶段微观裂纹扩展阶段裂纹扩展的第二阶段宏观裂纹扩展阶段断裂阶段疲劳裂纹形成阶段〔寿命Ni〕疲劳裂纹扩展阶段〔寿命Np〕疲劳的分类按疲劳失效周次：高周疲劳、低周疲劳；按应力状态分：单轴疲劳、多轴疲劳；按载荷变化分：恒幅、变幅、随机疲劳按研究对象分：材料疲劳、结构疲劳按工作环境分：常规疲劳、高温、低温、热疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、冲击疲劳、…S-N曲线疲劳极限线图：将不同r下的疲劳极限画到一个图上0史密斯疲劳极限线图哈埃疲劳极限线图循环应力—应变下的材料特性材料的循环硬化和循环软化循环应力—应变下的材料特性循环应力—应变曲线材料组织成分、结构的影响；零部件形状、尺寸和外表状况的影响；工作载荷特性的影响；服役环境和条件的影响。1. 应力集中的影响应力集中：外形突然变化或材料不连续地方，常产生很大的局部应力理论应力集中系数ασ、ατ：在弹性变化范围内材料的局部应力峰值σ max与名义应力σ之比 有效应力集中系数K σ 、K τ ：实际衡量应力集中对疲劳强度影响的系数2. 尺寸影响尺寸效应：疲劳强度随零件尺寸增大而降低的现象尺寸系数εσ、ετ：一般零部件或试样的疲劳极限与几何相似的标准试样的疲劳极限之比3. 外表加工方法的影响不同外表加工的影响：外表加工系数β1、腐蚀系数β2 、外表强化系数β3外表加工系数：某种加工外表的标准光滑试样与磨光〔国外为抛光〕的标准光滑试样疲劳极限之比1. 疲劳寿命设计的根本思想：疲劳累积损伤理论当材料承受高于疲劳极限的应力时，每一循环都使材料产生一定量的损伤，这种损伤能够累积，当损伤累积到某一临界值时将产生破坏。 Miner线性累积损伤理论相同应变幅值和平均应力的 ni个应变和应力循环将按线性累加，造成 ni/Ni的损伤，即消耗掉 ni/Ni局部疲劳寿命； 当损伤按线性累加到达1时，疲劳破坏就发生了。Miner线性累积损伤理论根底疲劳极限：σr条件疲劳极限： σrN以σi循环ni次造成的损伤：ni/ Ni；各个不同σr下造成的总损伤：Σ ni/ Ni 注意：事实上，前面的加载应力大小对后面的损伤累积有影响。2. 常规疲劳寿命设计〔1〕无限寿命设计：对疲劳强度要求高。钢轨、桥梁、车轴等的设计。静强度设计疲劳强度校核2. 常规疲劳寿命设计〔2〕有限寿命设计：要求零部件或结构在给定的使用周期内不能产生任何疲劳缺陷。常用于飞机、汽车、压力容器等的设计中。3. 随机载荷下的疲劳寿命实测载荷—时间历程统计载荷谱Miner线性累积准那么疲劳寿命计算5.3 损伤容限设计设计思想：允许零件有初始缺陷，或在服役过程中出现裂纹，产生破损，但在下次检修之前应保持一定的剩余强度，能够正常使用，直到下次检修予以发现、修复或更换。关键问题：如何估算裂纹扩展寿命线弹