材料力學(xué) 交變應(yīng)力

1、UpDown構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力?；@種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。mmmmmmmmmmmmmmmmmUpDownts ss smaxs smins smT構(gòu)件上某點(diǎn)應(yīng)力構(gòu)件上某點(diǎn)應(yīng)力( (t t) )函數(shù)圖象函數(shù)圖象UpDownts ss smaxs smins smTs sas sa tydo4312zysin2ZZMyPadtIIs s maxs sminstso12341maxmin000s ss s aaLp p交變應(yīng)力的例子交變應(yīng)力的例子 觀察車輪上一個(gè)點(diǎn)觀察車輪上一個(gè)點(diǎn)UpDown(s s ,b b) ) 破壞斷口表

2、面呈現(xiàn)出兩個(gè)截然不同的區(qū)域：破壞斷口表面呈現(xiàn)出兩個(gè)截然不同的區(qū)域：2)a a) )光滑區(qū)光滑區(qū)；( (b b) )粗糙區(qū)粗糙區(qū)UpDownUpDown 19981998年年6 6月月3 3日，德國一列高速列車在行駛中日，德國一列高速列車在行駛中突然出軌，造成突然出軌，造成100100多人遇難身亡的嚴(yán)重后果。多人遇難身亡的嚴(yán)重后果。事后經(jīng)過調(diào)查，人們發(fā)現(xiàn)，造成事故的原因竟事后經(jīng)過調(diào)查，人們發(fā)現(xiàn)，造成事故的原因竟然是因?yàn)橐还?jié)車廂的車輪內(nèi)部疲勞斷裂而引起。然是因?yàn)橐还?jié)車廂的車輪內(nèi)部疲勞斷裂而引起。從而導(dǎo)致了這場近從而導(dǎo)致了這場近5050年來德國最慘重鐵路事故年來德國最慘重鐵路事故的發(fā)生的發(fā)生。 據(jù)據(jù)

3、150150多年來的統(tǒng)計(jì)，金屬部件中有多年來的統(tǒng)計(jì)，金屬部件中有8080以以上的損壞是由于疲勞而引起的。在人們的日常上的損壞是由于疲勞而引起的。在人們的日常生活中，也同樣會發(fā)生金屬疲勞帶來危害的現(xiàn)生活中，也同樣會發(fā)生金屬疲勞帶來危害的現(xiàn)象。一輛正在馬路上行走的自行車突然前叉折象。一輛正在馬路上行走的自行車突然前叉折斷，造成車翻人傷的后果。炒菜時(shí)鋁鏟折斷、斷，造成車翻人傷的后果。炒菜時(shí)鋁鏟折斷、挖地時(shí)鐵锨斷裂、刨地時(shí)鐵鎬從中一分為二等挖地時(shí)鐵锨斷裂、刨地時(shí)鐵鎬從中一分為二等現(xiàn)象更是屢見不鮮?，F(xiàn)象更是屢見不鮮。 UpDownmaxmins ss s r一、應(yīng)力循環(huán)：一、應(yīng)力循環(huán)：應(yīng)力應(yīng)力隨隨t t

4、周期性變化，一個(gè)變化周期稱周期性變化，一個(gè)變化周期稱為一次應(yīng)力循環(huán)。為一次應(yīng)力循環(huán)。二、循環(huán)特征：二、循環(huán)特征：應(yīng)力循環(huán)中應(yīng)應(yīng)力循環(huán)中應(yīng)力的最小值與最大力的最小值與最大值之比，用值之比，用“r r”表表示：示：s sms sminsmaxs saTts sabUpDown2minmaxs ss ss s a2minmaxs ss ss s ms sms sminsmaxs saTts sabUpDown1maxmin s ss srmaxssa0msmaxs sminstso12341s sams sUpDown)(0maxmin 或或 rs ss smas ss s s smins smax

5、s sats ss sms smins smaxs sats ss sm)2(2minmaxs ss s 或或 UpDown1maxmin s ss sr02/ )(minmax s ss ss saminmaxs ss ss s mts sms smins smax例例 發(fā)動機(jī)連桿大頭螺釘工作時(shí)最大拉力發(fā)動機(jī)連桿大頭螺釘工作時(shí)最大拉力Pmax = 58.3 kN，最小拉力，最小拉力Pmin = 55.8 kN ，螺紋內(nèi)徑為，螺紋內(nèi)徑為 d =11.5 mm，試求試求 a 、m 和和 r。dPP分析：分析：1)螺釘工作時(shí)，受到交變動螺釘工作時(shí)，受到交變動載荷載荷P (Pmax、 Pmin)作用

6、。作用。2)所以其截面上各點(diǎn)的所以其截面上各點(diǎn)的應(yīng)力為交變應(yīng)力。應(yīng)力為交變應(yīng)力。3) a = (max min)/2m= (max + min)/2 r = min / max 應(yīng)應(yīng)先分別求出先分別求出max 、 min ：APmaxmax s sAPminmin s s2minmaxs ss ss s a2minmaxs ss ss s m957. 0561537maxmin s ss srPmax = 58.3 kN ；Pmin = 55.8 kN； d =11.5 mm 。MPa5610115. 05830042 MPa5370115. 05580042 MPa122537561 MPa

7、5492537561 UpDown出現(xiàn)出現(xiàn)“疲勞破壞疲勞破壞”時(shí)，時(shí)，max 1.4 = n 得得m mA截面滿足疲截面滿足疲勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度-1 = 220 MPa，例例 旋轉(zhuǎn)碳鋼軸上，作用一不變的力偶旋轉(zhuǎn)碳鋼軸上，作用一不變的力偶 M=0.8kNm，軸表面經(jīng)，軸表面經(jīng)過精車，過精車，s s b=600MPa，s s1= 250MPa，規(guī)定規(guī)定 n=1.9，試校核軸試校核軸的強(qiáng)度。的強(qiáng)度。解解確定危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力及循環(huán)確定危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力及循環(huán)特征特征maxminMWs ss s 3800 3265.2MPa0.05 minmax1rs ss s 為對稱循環(huán)為對稱循環(huán)f70f50r=7.5MM強(qiáng)度校核強(qiáng)度校

8、核max1ssss 查圖表求各影響系數(shù)，計(jì)算構(gòu)件持久限。查圖表求各影響系數(shù)，計(jì)算構(gòu)件持久限。 1.4 ; 0.15 ; 600MPabDrdds s 求求Ks s：求求 s s ：查圖得：查圖得查圖得查圖得1.4Ks s 0.79s s 求求 ：表面精車，：表面精車， =0.94011110.79 0.94 25069.8MPa1.9 1.4nn Ks ss s s ss ss s 安全安全UpDown1)1)盡量緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象：盡量緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象：盡量避免或減緩截面尺寸的突變現(xiàn)象；盡量避免或減緩截面尺寸的突變現(xiàn)象；盡量提高其表面光潔度、避免劃傷等。盡量提高其表面光潔度、避免劃傷等。2)2)提高表層強(qiáng)度：提高表層強(qiáng)度：通過機(jī)械的通過機(jī)械的( (噴丸等工藝噴丸等工藝) )、化學(xué)的、化學(xué)的 ( (