《机械设计》第3章 机械零件的强度-教学课件（非AI生成）.pptxVIP

§3-1材料的疲劳特性

§3-2机械零件的疲劳强度计算§3-3机械零件的抗断裂强度§3-4机械零件的接触强度

第3章机械零件的强度

1

——对称循环变应力——脉动循环变应力——静应力

r=+1

r=-1

OmaxCa

OminCa

t0

对称循环变应力

材料的疲劳特性

变应力：σ随时间变化

应力幅：

§3-1

一、应力的种类

静应力：o=常数

t

r=0

Ca

Oa-

变应力的循环特性：O

0

O

Omax

om

Omint

脉动循环变应力

Oa

Pmin

循环变应力

qa

Tm

o=常数

0

+1

tO

ax

T

O

O

max

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：

▲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

▲断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙³

变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。

表面光滑

疲劳断裂过程：

零件表层产生微小裂纹

随着循环次数增加，微裂

纹逐渐扩展

当剩余材料不足以承受载

荷时，突然脆性断裂

表面粗糙

σ—N疲劳曲线

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oB。

二、σ—N疲劳曲线0max

用参数0max表征材料的疲OB劳极限，通过实验，可得出如

图所示的疲劳曲线。称为：

BC段，N=10³~10⁴,随着N个→0max↓,疲劳现象明显。

因N较小，特称为低周疲劳。4

在AB段，应力循环次数

10³omax变化很小，可以近似看作为静应力强度。

N=1/4

O

10310⁴

实践证明，机械零件的疲0max↑

劳大多发生在CD段。OB

可用下式描述

0N=C(Nc≤N≤No)oD

D点以后的疲劳曲线呈

一水平线，代表着无限寿命N=1/410³10⁴N₀≈107N

区其方程为

0rN=0ro。(NND)

由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个

循环次数N(称为循环基数),用N及其相对应的疲劳极限o,来近似代表N和σr00。

于是有σN=σN。=C

or

rN

5

式中，σ、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(omax0),则无论循环多少次，材料都不会破坏。

OrND

or

N

N=1/410310⁴NN₀≈107

CD区间——有限疲劳寿命阶段

D点之后——无限疲劳寿命阶段

CD区间内循环次数N与疲劳极限σ的关系为

儿

高周疲劳

O

AB

OB

max

6

s

45°

Os0m简化曲线之二7

三、等寿命疲劳曲线

材料的疲劳极限曲线也

可用于特定的应力循环次数a

N,极限应力幅之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。

Os0m

简化曲线之一

实际应用时常有两种简化方法。

0a^

σ.1

O

σ.

a

1

o.1

对称循环σm=0

脉动循环σm=Oa=0,/2

已知A(0,σ.1)

D(o₀/2,o₀/2)两点坐

标，求得AG直线的方程为

σ1=σ+ψgσ

由三角形中两条直角边相等可求得CG直线的方程为

σmax=σ+σ=σ

说明CG直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应

AG直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。

CG’直线上任意点N的坐标为(0m,ơa)

简化等寿命曲线(极限应力线图):

D

45°

oa

A

9.2-

0σ,/2

Os

G

O

时，表示不会发生疲劳破坏。

当应力点落在OAGC以外时，一定会发生疲劳破坏。

而正好落在AGC折线上

时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。

公式σ1=σ+ψσ中的参数ψ。为试件受循环弯曲应力

时的材料常数，其值