L交變應(yīng)力疲勞

1、 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度第十一章第十一章 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度k11.1 11.1 交變應(yīng)力與疲勞失效交變應(yīng)力與疲勞失效tdysin2aPM M yIPadItzz2sint1243 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化，這種應(yīng)力叫做交變應(yīng)力PadItz2sint 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度temgmmFysin)(2221 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度t 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度靜平衡位置靜平衡位置tt 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度 試驗(yàn)結(jié)果表明試驗(yàn)結(jié)果表明: : 材料在交變應(yīng)力作用下的破壞情況材料在交變應(yīng)力作用下的破壞情況與靜應(yīng)力破壞與靜應(yīng)力破壞有本質(zhì)的不同有本質(zhì)的不同。材料在交變應(yīng)力作

2、用。材料在交變應(yīng)力作用下破壞的主要特征是下破壞的主要特征是: : (1) 因交變應(yīng)力產(chǎn)生破壞時(shí)，最大應(yīng)力值一般低于靜載荷作用下材料的抗拉(壓)強(qiáng)度極限b，有時(shí)甚至低于屈服極限s。(2)材料發(fā)生破壞前，應(yīng)力隨時(shí)間變化經(jīng)過多次重復(fù)，其循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力的大小有關(guān)。應(yīng)力愈大，循環(huán)次數(shù)愈少。 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度(3)(3) 材料的破壞為脆性斷裂，一般沒有顯著的塑性變材料的破壞為脆性斷裂，一般沒有顯著的塑性變形，形，即使是塑性材料也是如此。在構(gòu)件破壞的斷口上，即使是塑性材料也是如此。在構(gòu)件破壞的斷口上，明顯地存在著兩個(gè)區(qū)域：光滑區(qū)和顆粒粗糙區(qū)明顯地存在著兩個(gè)區(qū)域：光滑區(qū)和顆粒粗糙區(qū)。粗糙區(qū)光滑區(qū)裂紋源 交變

3、應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度 在交變應(yīng)力作用下，材料或桿件發(fā)生可見裂紋或完全在交變應(yīng)力作用下，材料或桿件發(fā)生可見裂紋或完全以脆性斷裂形式失效的現(xiàn)象稱為疲勞破壞。以脆性斷裂形式失效的現(xiàn)象稱為疲勞破壞。 因疲勞破壞是在沒有明顯征兆的情況下突然發(fā)生的，極易造成嚴(yán)重事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械零件，尤其是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的構(gòu)件的破壞，大部分屬于疲勞破壞。 交變應(yīng)力作用下構(gòu)件抵抗疲勞失效的能力成為疲勞強(qiáng)度疲勞失效過程：（1）疲勞裂紋源的形成； （2）微觀疲勞裂紋擴(kuò)展； （3）宏觀裂紋擴(kuò)展，直至脆性斷裂。 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度11.2 11.2 交變應(yīng)力的平均應(yīng)力、循環(huán)特征交變應(yīng)力的平均應(yīng)力、循環(huán)特征 、應(yīng)力幅、應(yīng)力幅循環(huán)特征平均應(yīng)力應(yīng)力

4、幅tmaxmmin2minmaxmmaxminr2minmaxaabT 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度對稱循環(huán)非對稱循環(huán)t1rmaxam, 0,1r 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度脈動循環(huán)2, 0maxamrt 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度 這一臨界值稱為材料的持久極限或疲勞極限。用 表示 。 在 減小到某一臨界值時(shí)，試件可經(jīng)歷無窮多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞， 反之，降低 便可使破壞前經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)增多。 實(shí)驗(yàn)表明，在同一循環(huán)特征下，交變應(yīng)力的最大實(shí)驗(yàn)表明，在同一循環(huán)特征下，交變應(yīng)力的最大應(yīng)力應(yīng)力 越大，破壞前經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)越少；越大，破壞前經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)越少；maxmaxmaxr11.3 11.3 持久極限持久極限 交變應(yīng)

5、力、疲勞強(qiáng)度 在純彎曲變形下，測定對稱循環(huán)的持久極限技術(shù)上在純彎曲變形下，測定對稱循環(huán)的持久極限技術(shù)上較簡單。較簡單。 將材料加工成最小直徑為 710mm，表面磨光的試件，每組試驗(yàn)包括 6 10根試件。 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度電機(jī) 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度%701maxb第一根試件：1max2max略小于第二根試件：3max第三根試件：1N2N3Nmax1max2maxr1N2NN1為：對稱循環(huán)的持久極限記 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度11.4 11.4 影響構(gòu)件持久極限的因素影響構(gòu)件持久極限的因素一、構(gòu)件外形的影響一、構(gòu)件外形的影響 若構(gòu)件上有螺紋、鍵槽、鍵肩等，其持久極限要若構(gòu)件上有螺紋、鍵槽、鍵肩等，其持久

6、極限要比同樣尺寸的光滑試件有所降低。其影響程度用有比同樣尺寸的光滑試件有所降低。其影響程度用有效應(yīng)力集中系數(shù)表示：效應(yīng)力集中系數(shù)表示：久極限有應(yīng)力集中的試件的持光滑試件的持久極限k1d1)()(K有效應(yīng)力集中因數(shù)有效應(yīng)力集中因數(shù) 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度KrdDd11 .MMDdrb 900MPa圖圖 11.8(a)b 600MPa 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度Krd1112.DdMMDdrb 900MPa圖圖 11.8(b)b 600MPa 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度rd122. DdMMDdrb 900MPa圖圖 11.8(c)K 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度rdTTK圖圖 11.8(d)1112.Dd 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度

7、rdTTK圖圖 11.8(e)122. Dd 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度二、構(gòu)件尺寸的影響二、構(gòu)件尺寸的影響 大試件的持久極限比小試件的持久極限要大試件的持久極限比小試件的持久極限要低低 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度尺寸對持久極限的影響程度，用尺寸系數(shù)表示尺寸對持久極限的影響程度，用尺寸系數(shù)表示 下表給出了在彎、扭的對稱應(yīng)力循環(huán)時(shí)的尺寸系數(shù)。光滑小試件的持久極限光滑大試件的持久極限1d1)( 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度表表 14-1 尺寸系數(shù)尺寸系數(shù)直徑直徑 d(mm)碳鋼碳鋼合金鋼合金鋼 各種鋼各種鋼20300.910.830.8930400.880.770.8140500.840.730.7850600.810.7

8、00.7660700.780.680.7470800.750.660.73801000.730.640.721001200.700.620.701201500.680.600.681505000.600.540.60 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度三、構(gòu)件表面質(zhì)量的影響三、構(gòu)件表面質(zhì)量的影響 實(shí)際構(gòu)件表面的加工質(zhì)量對持久極限也有影響，這實(shí)際構(gòu)件表面的加工質(zhì)量對持久極限也有影響，這是因?yàn)椴煌募庸ぞ仍诒砻嫔显斐傻牡逗蹖⒊尸F(xiàn)不是因?yàn)椴煌募庸ぞ仍诒砻嫔显斐傻牡逗蹖⒊尸F(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中。同程度的應(yīng)力集中。 若構(gòu)件表面經(jīng)過淬火、氮化、滲碳等強(qiáng)化處理，其持久極限也就得到提高。表面質(zhì)量對持久極限的影響用表面狀態(tài)系數(shù)表示：極限表面磨光的試件的持久持久極限其他加工情況的構(gòu)件的d11)()( 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度 綜合考慮上述三種影響因素，構(gòu)件在對稱循環(huán)下的持久極限件的持久極限為表面磨光的光滑小試為表面狀態(tài)系數(shù)為尺寸系數(shù)為有效應(yīng)力集中系數(shù)1101KK 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度11.511.5對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算101K上一小節(jié)已求得nKn1011構(gòu)件的許用應(yīng)力1max構(gòu)件的強(qiáng)度條件 交變應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛