第八章交變應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度

1、第八章 交變應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度一 、基本要求1在應(yīng)變應(yīng)力下工作的構(gòu)件進(jìn)行疲勞計(jì)算是非常重要的掌握交變應(yīng)力的基本概念、基本計(jì)算。2熟練掌握交變應(yīng)力的概念、交變應(yīng)力的循環(huán)特征、疲勞破壞的特點(diǎn)、材料持久極限的測(cè)定、影響持久極限的因素、對(duì)稱循環(huán)的疲勞計(jì)算。二、 內(nèi)容提要1交變應(yīng)力與疲勞破壞1）交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)某定點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化。例如，火車輪軸上橫截面上任一點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力將隨軸的轉(zhuǎn)動(dòng)作周期性變化如圖8.1所示。2）疲勞破壞：金屬構(gòu)件長(zhǎng)期處于交變應(yīng)力下可能發(fā)生驟然斷裂。3）交變應(yīng)力的基本參量(1)應(yīng)力循環(huán)：在交變應(yīng)力中，一點(diǎn)的應(yīng)力經(jīng)歷一次完整變化的過(guò)程重復(fù)回到原有的應(yīng)力值。(2)應(yīng)力循環(huán)的特征值

2、應(yīng)力極值：、平均應(yīng)力：應(yīng)力幅值：循環(huán)特征：如圖8.2所示。(3)幾種常見的交變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán) ，脈沖循環(huán)，非對(duì)稱循環(huán)，靜應(yīng)力 ，如圖8.3所示。4）疲勞破壞特征(1)構(gòu)件內(nèi)的最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜應(yīng)力強(qiáng)度極限；就發(fā)生突然的破壞；(2)塑性材料在交變應(yīng)力作用下，沒(méi)有顯著的塑性變形就發(fā)生突然的斷裂；(3)疲勞破壞的斷口，明顯地呈現(xiàn)光滑和粗糙的兩個(gè)區(qū)域。2疲勞極限疲勞極限由疲勞機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。疲勞曲線如圖8.4所示。應(yīng)力不超過(guò)某一極限值，試樣可經(jīng)歷無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)次而不發(fā)生疲勞破壞，這一極限值稱為材料的疲勞極限，并用r表示，下標(biāo)r表示循環(huán)特征。 1）影響疲勞極限的主要因素(1)構(gòu)件外形的影響（應(yīng)力集中問(wèn)

3、題）有效應(yīng)力集中因數(shù)K或K表示光滑試樣的疲勞極限與同樣尺寸但有應(yīng)力集中的試樣的疲勞極限之比值，其值大于1。, 為修正因數(shù)，可查有關(guān)圖表。(2)構(gòu)件尺寸的影響尺寸因數(shù)或表示光滑大尺寸試樣的疲勞極限與光滑小尺寸試樣的疲勞極限之比值，其值小于1。(3)構(gòu)件表明質(zhì)量的影響表面質(zhì)量因數(shù)表示用某種方法加工的構(gòu)件的疲勞極限與光滑試樣（經(jīng)磨削加工）的疲勞極限之比值。(4)綜合考慮以上三種因素，對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞極限應(yīng)為 ，其中，是光滑小試樣的疲勞極限。以上參數(shù)可查閱有關(guān)手冊(cè)圖表。3.構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1) 基本變形下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件(1)對(duì)稱循環(huán)下疲勞強(qiáng)度條件或者(2)非對(duì)稱循環(huán)下疲勞強(qiáng)度條件2）彎扭組合

4、變形下的疲勞強(qiáng)度條件三、典型例題分析例1 受力構(gòu)件內(nèi)某定點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線如圖8.5所示，求該點(diǎn)交變應(yīng)力的平均應(yīng)力、應(yīng)力幅值和循環(huán)特征r。解：本題為拉、壓應(yīng)力交替變化，由圖可見，max50Mpa，min100 Mpa，故得平均應(yīng)力 Mpa應(yīng)力幅值 Mpa在計(jì)算循環(huán)特征時(shí)，其最大、最小應(yīng)力按其絕對(duì)值確定，若二者均為拉應(yīng)力（或均為壓應(yīng)力），則取正號(hào)；若一拉一壓，則取負(fù)號(hào)，并使循環(huán)特征處于1與1之間（1r1）。故本題循環(huán)特征為。例2 .階梯軸如圖8.6所示。材料為合金鋼，b920Mpa，s520Mpa，1420Mpa。軸在不變彎矩M850N.m的作用下旋轉(zhuǎn)。軸表面為車削加工。若規(guī)定n1.4，試校該軸的強(qiáng)度。解：軸在不變彎矩下旋轉(zhuǎn)，故為彎曲對(duì)稱循環(huán)。最大彎曲正應(yīng)力即最大工作應(yīng)力為maxM/W850×32/(40×103)3135×106Pa135 Mpa根據(jù)軸的尺寸，r/d=5/40=0.125,D/d=50/40=1.25,由圖查出，0.85，于是可求出有效應(yīng)力集中因數(shù)為10.85