cllx13-疲勞-交變應(yīng)力

1、第十二章第十二章 交變應(yīng)力交變應(yīng)力1. 1. 交變應(yīng)力：交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力，稱交變應(yīng)力。 2. 2. 疲勞與疲疲勞與疲 勞失效勞失效 結(jié)構(gòu)的構(gòu)件或機(jī)械、儀表的零部件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象，稱為疲勞失效，簡稱疲勞。 . 疲勞失效的特點(diǎn)與原因簡述疲勞失效的特點(diǎn)與原因簡述1) 破壞時(shí)的名義應(yīng)力值往往低于材料在靜載作用下的屈服應(yīng)力；2) 構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生破壞需要經(jīng)歷一定數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)3) 構(gòu)件在破壞前沒有明顯的塑性變形預(yù)兆，即使韌性材料，也將呈現(xiàn)“突然”的脆性斷裂；4) 金屬材料的疲勞斷裂斷口上,有明顯的光滑區(qū)域與顆粒區(qū)域。疲勞失效的機(jī)理：疲勞失效的機(jī)理：交變應(yīng)力

2、引起金屬原子晶格的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)聚集，形成分散的微裂紋微裂紋沿結(jié)晶學(xué)方向擴(kuò)展（大致沿最大剪應(yīng)力方向形成滑移帶）、貫通形成宏觀裂紋宏觀裂紋沿垂直于最大拉應(yīng)力方向擴(kuò)展，宏觀裂紋的兩個(gè)側(cè)面在交變載荷作用下，反復(fù)擠壓、分開，形成斷口的光滑區(qū)突然斷裂，形成斷口的顆粒狀粗糙區(qū)。 疲勞破壞產(chǎn)生的過程可概括為：疲勞破壞產(chǎn)生的過程可概括為：裂紋形成裂紋形成 裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展 斷裂斷裂14-2 交變應(yīng)力循環(huán)特征交變應(yīng)力循環(huán)特征1. 應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán) 圖中應(yīng)力大小由a到 b 經(jīng)歷了一個(gè)全過程變化又回到原來的數(shù)值，稱為一個(gè)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)。完成一個(gè)應(yīng)力循環(huán)所需的時(shí)間，稱為一個(gè)周期周期。 2. 循環(huán)特征或應(yīng)力比循環(huán)特

3、征或應(yīng)力比 一個(gè)應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值： 稱為交變應(yīng)力交變應(yīng)力的循環(huán)特征循環(huán)特征或應(yīng)力比應(yīng)力比。3. 平均應(yīng)力平均應(yīng)力 4. 應(yīng)力幅應(yīng)力幅 恒幅交變應(yīng)力變幅交變應(yīng)力 最大應(yīng)力：最大應(yīng)力： max最小應(yīng)力：最小應(yīng)力： min ；2minmaxm2minmaxa,maxminr以上五個(gè)特征值中，只有二個(gè)是獨(dú)立的。滿足以上五個(gè)特征值中，只有二個(gè)是獨(dú)立的。滿足ammaxammin具體描述一種交變應(yīng)力，可用具體描述一種交變應(yīng)力，可用最大應(yīng)力最大應(yīng)力 和循環(huán)應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力r， 或用平均應(yīng)力或用平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅值和應(yīng)力幅值 。 maxmamaxmina不穩(wěn)定的交變應(yīng)力：不穩(wěn)定的交變應(yīng)力： 、

4、不是常量，不是常量， 為變化的為變化的 （不等幅情況）。（不等幅情況）。穩(wěn)定的交變應(yīng)力：穩(wěn)定的交變應(yīng)力： 、 均不變，均不變， 為常數(shù)為常數(shù) （等幅情況）；（等幅情況）；maxmina5.對稱循環(huán)對稱循環(huán)：如受彎的車軸：如受彎的車軸t maxminaminmax0mminmaxa1rt 0minmax2minmaxa2minmaxmmaxminr6.非對稱循環(huán)非對稱循環(huán) ：)1(r7. 脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)：如齒輪：如齒輪t maxmaam22max0min0r8. 靜應(yīng)力靜應(yīng)力：如拉壓桿：如拉壓桿mminmax0at mminmax0a1r材料的疲勞（持久）極限及其測定材料的疲勞（持久）極限及其

5、測定疲勞壽命疲勞壽命：材料在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)：材料在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng) 力循環(huán)次數(shù)，記作力循環(huán)次數(shù)，記作 N，與與 及及 r 有關(guān)。有關(guān)。max疲勞極限或有限壽命持久極限疲勞極限或有限壽命持久極限： 材料在規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)材料在規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N下，不發(fā)生疲勞破環(huán)的最下，不發(fā)生疲勞破環(huán)的最大應(yīng)力值，記作大應(yīng)力值，記作 。)(NrNr無限壽命疲勞極限或持久極限無限壽命疲勞極限或持久極限 ： 當(dāng)當(dāng) 不超過某一極限值，材料可以經(jīng)受不超過某一極限值，材料可以經(jīng)受“無數(shù)次無數(shù)次”應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞，此極限值稱為無限壽命疲勞極限或持久極限。循環(huán)而不發(fā)生破

6、壞，此極限值稱為無限壽命疲勞極限或持久極限。maxr1 值是工程材料最常見、最基本的材料性能指標(biāo)之一。測定該值值是工程材料最常見、最基本的材料性能指標(biāo)之一。測定該值 的方法為：的方法為：試件試件：d=7-10mm，表面磨光的小試件，表面磨光的小試件6-10 根。根。機(jī)器機(jī)器：疲勞試驗(yàn)機(jī)（簡支梁式或懸臂梁式）：疲勞試驗(yàn)機(jī)（簡支梁式或懸臂梁式）33minmax163212/dPadPaWM步驟步驟：先取先取 ，經(jīng)過，經(jīng)過 次循環(huán)后斷裂次循環(huán)后斷裂;b6 . 011N再取再取 （比（比 減少減少20-40MPa） ，經(jīng)過，經(jīng)過 次循環(huán)后斷裂次循環(huán)后斷裂;22N137N73N 如果第七根試件在如果第七

7、根試件在 下經(jīng)歷了下經(jīng)歷了 次循環(huán)次數(shù)而不次循環(huán)次數(shù)而不 斷裂，并且斷裂，并且 或或 ，則，則 即為該材料的疲勞極限即為該材料的疲勞極限 。否則，進(jìn)行下一根試件的試。否則，進(jìn)行下一根試件的試 驗(yàn)。驗(yàn)。 77710NMPa10)(76776%5)(718持久極限持久極限標(biāo)準(zhǔn)試件經(jīng)過無窮多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞時(shí)的最大應(yīng)力值，稱為該材料的持久極限。持久極限持久極限也稱疲疲勞極限勞極限。9條件持久極限條件持久極限規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)試件在一定循環(huán)次數(shù)下不破壞時(shí)的最大應(yīng)力，稱為條件持久極限條件持久極限（或名義持久極限名義持久極限）。 10. 應(yīng)力壽命曲線應(yīng)力壽命曲線表示一定循環(huán)特征下標(biāo)準(zhǔn)試件的疲勞強(qiáng)度與疲勞壽命之

8、間關(guān)系的曲線，稱應(yīng)力壽命曲線應(yīng)力壽命曲線，也稱S-N 曲線曲線。14-3 影響持久極限的因素影響持久極限的因素 1. 構(gòu)件外形的影響構(gòu)件外形的影響 構(gòu)件外形的突變（槽、孔、缺口、軸肩等）引起應(yīng)力集中應(yīng)力集中。應(yīng)力集中區(qū)易引發(fā)疲勞裂紋，使持久極限顯著降低 2. 構(gòu)件尺寸的影響構(gòu)件尺寸的影響 稱為尺寸系數(shù)尺寸系數(shù) 有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù) 3. 構(gòu)件表面質(zhì)量的影響構(gòu)件表面質(zhì)量的影響 表面質(zhì)量系數(shù)質(zhì)量系數(shù) 11dkk11dkk14-4 14-4 循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 對稱循環(huán)對稱循環(huán)下，構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件疲勞強(qiáng)度條件【例14-1】圖14-1所示圓桿上有一個(gè)沿直徑的貫穿圓孔，不對稱交變彎矩為 。材料為合金鋼, ， ， ， 。圓桿表面經(jīng)磨削加工。若規(guī)定安全系數(shù) ， ，園桿表面經(jīng)磨削加工.試校核此桿的強(qiáng)度。若規(guī)定安全系數(shù) n=2,ns=1.5.【解】（1）計(jì)算圓桿工作應(yīng)力。14-8 提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施 疲勞裂紋主要形成于構(gòu)件表面和應(yīng)力集中部位。提高疲勞強(qiáng)度措施為： 1. 減緩應(yīng)力集中減緩應(yīng)力集中：設(shè)計(jì)構(gòu)件外形時(shí)，避免方形或帶有尖角的孔和槽；在截面突變處采用足夠大的過