第3章機(jī)械零件的強(qiáng)度

1、 第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度本章需掌握的主要內(nèi)容如下：本章需掌握的主要內(nèi)容如下：1.1.了解疲勞曲線及極限應(yīng)力曲線的意義及用途，能從材料的了解疲勞曲線及極限應(yīng)力曲線的意義及用途，能從材料的幾個(gè)基本機(jī)械性能及零件的幾何特性，繪制零件的極限應(yīng)幾個(gè)基本機(jī)械性能及零件的幾何特性，繪制零件的極限應(yīng)力簡(jiǎn)化線圖。力簡(jiǎn)化線圖。 2.2.學(xué)會(huì)單向變應(yīng)力時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算方法，了解應(yīng)力等效轉(zhuǎn)化的學(xué)會(huì)單向變應(yīng)力時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算方法，了解應(yīng)力等效轉(zhuǎn)化的概念。概念。3.3.了解疲勞累積假說的意義及其應(yīng)用方法。了解疲勞累積假說的意義及其應(yīng)用方法。4.4.學(xué)會(huì)雙向變應(yīng)力時(shí)的強(qiáng)度校核方法。學(xué)會(huì)雙向變應(yīng)力時(shí)的強(qiáng)度校核方法

2、。5.5.會(huì)查用教材本章附錄中的有關(guān)線圖及數(shù)表。會(huì)查用教材本章附錄中的有關(guān)線圖及數(shù)表。復(fù)習(xí)已學(xué)過知識(shí)復(fù)習(xí)已學(xué)過知識(shí)*載荷（載荷（load）簡(jiǎn)單地問載荷的單位是不正確的提法簡(jiǎn)單地問載荷的單位是不正確的提法 機(jī)械設(shè)計(jì)中通常指施加于機(jī)械或結(jié)構(gòu)上的外力。機(jī)械設(shè)計(jì)中通常指施加于機(jī)械或結(jié)構(gòu)上的外力。 動(dòng)力機(jī)械中通常指完成工作所需的功率。動(dòng)力機(jī)械中通常指完成工作所需的功率。 電機(jī)工程中則指電氣裝置或元件從電源所接受的功率。電機(jī)工程中則指電氣裝置或元件從電源所接受的功率。 另外，有時(shí)也把某種能引起機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)力的非力學(xué)因素稱為載荷。另外，有時(shí)也把某種能引起機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)力的非力學(xué)因素稱為載荷。*載荷的分類：載荷的分

3、類：根據(jù)大小、方向和作用點(diǎn)是否隨時(shí)間變化分為靜載荷和動(dòng)載荷根據(jù)大小、方向和作用點(diǎn)是否隨時(shí)間變化分為靜載荷和動(dòng)載荷 靜載荷靜載荷：包括不隨時(shí)間變化的恒載（如自重）和加載變化緩慢以至可以略：包括不隨時(shí)間變化的恒載（如自重）和加載變化緩慢以至可以略去慣性力作用的準(zhǔn)靜載（如鍋爐壓力）。去慣性力作用的準(zhǔn)靜載（如鍋爐壓力）。 動(dòng)載荷動(dòng)載荷：包括短時(shí)間快速作用的沖擊載荷（如空氣錘）、隨時(shí)間作周期性：包括短時(shí)間快速作用的沖擊載荷（如空氣錘）、隨時(shí)間作周期性變化的周期載荷（如空氣壓縮機(jī)曲軸）和非周期變化的隨機(jī)載荷（如汽車發(fā)變化的周期載荷（如空氣壓縮機(jī)曲軸）和非周期變化的隨機(jī)載荷（如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸）。動(dòng)機(jī)曲軸）。

4、 根據(jù)載荷分布情況可分為集中載荷和分布載荷根據(jù)載荷分布情況可分為集中載荷和分布載荷 分布載荷（分布載荷（3種）種）：分為體載荷、面載荷和線載荷。分為體載荷、面載荷和線載荷。 根據(jù)載荷對(duì)桿件變形的作用可分為軸向拉伸或壓縮載荷、彎根據(jù)載荷對(duì)桿件變形的作用可分為軸向拉伸或壓縮載荷、彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等。曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等。名義載荷與計(jì)算載荷名義載荷與計(jì)算載荷通常，載荷可用計(jì)算方法或?qū)崪y(cè)方法求得。通常，載荷可用計(jì)算方法或?qū)崪y(cè)方法求得。 根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計(jì)算出的載荷稱為根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計(jì)算出的載荷稱為名義載荷名義載荷（又稱額定載荷）（又稱額定載荷），其未考慮載荷隨時(shí)間作用和分布的不均勻性以及

5、其他零件受力情況等因素，其未考慮載荷隨時(shí)間作用和分布的不均勻性以及其他零件受力情況等因素。這些因素的綜合影響常用載荷系數(shù)作修正。這些因素的綜合影響常用載荷系數(shù)作修正。 載荷系數(shù)與名義載荷的乘積稱為載荷系數(shù)與名義載荷的乘積稱為計(jì)算載荷計(jì)算載荷，是設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。，是設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。 *應(yīng)力（應(yīng)力（ Stress）單位：Pa 單位面積上所承受的附加內(nèi)力。單位面積上所承受的附加內(nèi)力。 材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力。把分布內(nèi)力在一點(diǎn)的集度稱為應(yīng)力。力抵抗外力。把分布內(nèi)力在一點(diǎn)的集度稱為應(yīng)力。*應(yīng)變（應(yīng)變（Strain）微

6、米/米 當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí)，其幾何形狀和尺當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí)，其幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變就稱為應(yīng)變。寸將發(fā)生變化，這種形變就稱為應(yīng)變。 本章研究背景本章研究背景 各種裝備中多數(shù)機(jī)械零部件承受的工作載荷都是隨時(shí)間而變各種裝備中多數(shù)機(jī)械零部件承受的工作載荷都是隨時(shí)間而變化的波動(dòng)載荷。機(jī)械零部件在循環(huán)載荷作用下，在某個(gè)或某些高化的波動(dòng)載荷。機(jī)械零部件在循環(huán)載荷作用下，在某個(gè)或某些高應(yīng)力部位產(chǎn)生損傷并逐漸累積，導(dǎo)致性能退化，裂紋萌生，擴(kuò)展應(yīng)力部位產(chǎn)生損傷并逐漸累積，導(dǎo)致性能退化，裂紋萌生，擴(kuò)展直到完全斷裂直到完全斷裂疲勞失效疲勞失效。 靜強(qiáng)度失效靜強(qiáng)度失效：由于零

7、件的危險(xiǎn)界面上的應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度由于零件的危險(xiǎn)界面上的應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致斷裂失效，或大于屈服極限產(chǎn)生過大的殘余形變導(dǎo)致失效；導(dǎo)致斷裂失效，或大于屈服極限產(chǎn)生過大的殘余形變導(dǎo)致失效； 疲勞失效疲勞失效：由于零件局部應(yīng)力最大處在循環(huán)應(yīng)力作用下形成由于零件局部應(yīng)力最大處在循環(huán)應(yīng)力作用下形成微裂紋，然后逐漸擴(kuò)展為宏觀裂紋，宏觀裂紋再繼續(xù)擴(kuò)展而最終微裂紋，然后逐漸擴(kuò)展為宏觀裂紋，宏觀裂紋再繼續(xù)擴(kuò)展而最終導(dǎo)致斷裂。導(dǎo)致斷裂。 基本概念基本概念強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的最基本準(zhǔn)則，即是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的最基本準(zhǔn)則，即 。 強(qiáng)度問題：強(qiáng)度問題： 靜應(yīng)力強(qiáng)度靜應(yīng)力強(qiáng)度：通常認(rèn)為在機(jī)械零件整個(gè)工作壽命期間

8、應(yīng)力變化次數(shù)：通常認(rèn)為在機(jī)械零件整個(gè)工作壽命期間應(yīng)力變化次數(shù)小于小于10103 3的通用零件，均按靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。（材料力學(xué)范疇）的通用零件，均按靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。（材料力學(xué)范疇） 變應(yīng)力強(qiáng)度變應(yīng)力強(qiáng)度：在變應(yīng)力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。：在變應(yīng)力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。疲勞破壞的定義疲勞破壞的定義：金屬材料試件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)金屬材料試件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)而發(fā)生的破壞。間的試驗(yàn)而發(fā)生的破壞。疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征： 1 1）零件的最大應(yīng)力在遠(yuǎn)小于靜應(yīng)力的強(qiáng)度極限時(shí)，就可能發(fā)生破壞；）零件的最大應(yīng)力在遠(yuǎn)小于靜應(yīng)力的強(qiáng)度極限時(shí)，就可能發(fā)生破壞； 2 2）即

9、使是塑性材料，在沒有明顯的塑性變形下就可能發(fā)生突然的脆性）即使是塑性材料，在沒有明顯的塑性變形下就可能發(fā)生突然的脆性斷裂。斷裂。Slim疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征（五點(diǎn)）：（五點(diǎn)）： 1 1）低應(yīng)力性低應(yīng)力性。在循環(huán)應(yīng)力的最大值遠(yuǎn)低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至遠(yuǎn)低于在循環(huán)應(yīng)力的最大值遠(yuǎn)低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度的情況下，疲勞失效就可能發(fā)生。材料屈服強(qiáng)度的情況下，疲勞失效就可能發(fā)生。 2 2）突發(fā)性突發(fā)性。不論是脆性材料還是塑性材料，其疲勞失效在宏觀上均表現(xiàn)不論是脆性材料還是塑性材料，其疲勞失效在宏觀上均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂，即疲勞失效一般表現(xiàn)為為無明顯塑性變形的脆性突

10、然斷裂，即疲勞失效一般表現(xiàn)為低應(yīng)力脆斷低應(yīng)力脆斷。 3 3）時(shí)間性時(shí)間性。靜強(qiáng)度失效是在一次最大載荷作用下發(fā)生的失效；疲勞失效靜強(qiáng)度失效是在一次最大載荷作用下發(fā)生的失效；疲勞失效是在循環(huán)應(yīng)力的多次反復(fù)作用下?lián)p傷逐漸累積產(chǎn)生的，因而要經(jīng)歷一定的時(shí)是在循環(huán)應(yīng)力的多次反復(fù)作用下?lián)p傷逐漸累積產(chǎn)生的，因而要經(jīng)歷一定的時(shí)間，甚至很長(zhǎng)的時(shí)間之后才會(huì)發(fā)生。間，甚至很長(zhǎng)的時(shí)間之后才會(huì)發(fā)生。 4 4）敏感性敏感性。靜強(qiáng)度失效的抗力主要取決于材料本身，而疲勞失效的抗力靜強(qiáng)度失效的抗力主要取決于材料本身，而疲勞失效的抗力對(duì)零件尺寸、幾何形狀、表面狀態(tài)、使用條件以及環(huán)境介質(zhì)等都很敏感。對(duì)零件尺寸、幾何形狀、表面狀態(tài)、使

11、用條件以及環(huán)境介質(zhì)等都很敏感。 5 5）疲勞斷口疲勞斷口。疲勞失效的宏觀斷口上，存在疲勞源（比較光滑的疲勞裂紋疲勞失效的宏觀斷口上，存在疲勞源（比較光滑的疲勞裂紋形核區(qū)）、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（平滑、波紋狀）和瞬斷區(qū)（粗粒狀或纖維狀）。形核區(qū)）、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（平滑、波紋狀）和瞬斷區(qū)（粗粒狀或纖維狀）。初始裂紋初始裂紋疲勞區(qū)疲勞區(qū)(光滑光滑)粗糙區(qū)粗糙區(qū)軸軸 疲勞破壞的原因疲勞破壞的原因：材料內(nèi)部的缺陷、加工過程中的刀痕或零件材料內(nèi)部的缺陷、加工過程中的刀痕或零件局部的應(yīng)力集中等導(dǎo)致產(chǎn)生了微觀裂紋，稱為局部的應(yīng)力集中等導(dǎo)致產(chǎn)生了微觀裂紋，稱為裂紋源裂紋源。 在交變應(yīng)力作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋

12、不斷擴(kuò)展，在交變應(yīng)力作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)展，直至零件發(fā)生突然斷裂。直至零件發(fā)生突然斷裂。影響影響零件疲勞極限零件疲勞極限的因素：的因素： 材料特性材料特性 載荷狀況載荷狀況 零件狀況零件狀況 環(huán)境狀況環(huán)境狀況載荷分類載荷分類： 應(yīng)力分類：應(yīng)力分類： 變應(yīng)力參數(shù)：變應(yīng)力參數(shù)： 對(duì)于穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力，用下列變應(yīng)力參數(shù)表示變應(yīng)力狀況。對(duì)于穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力，用下列變應(yīng)力參數(shù)表示變應(yīng)力狀況。 描述規(guī)律性的交變應(yīng)力可有描述規(guī)律性的交變應(yīng)力可有5個(gè)參數(shù)，但其中只有個(gè)參數(shù)，但其中只有2個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。循環(huán)特性的應(yīng)用：循環(huán)特性的應(yīng)用：（非對(duì)稱循環(huán)）（脈動(dòng)循環(huán)）（對(duì)稱循環(huán)）1101m

13、axminrrrrr = -1對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力r=0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力r=1靜應(yīng)力2minmaxm2minmaxamaxminr幾種典型變應(yīng)力的循環(huán)特征和應(yīng)力特點(diǎn)幾種典型變應(yīng)力的循環(huán)特征和應(yīng)力特點(diǎn) 循環(huán)名稱循環(huán)名稱循環(huán)特性循環(huán)特性應(yīng)力特點(diǎn)應(yīng)力特點(diǎn)對(duì)稱循環(huán)對(duì)稱循環(huán)r=-1脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)r=0非對(duì)稱循環(huán)非對(duì)稱循環(huán)-1r1maxmin,0am maxmin/2,0mamaxmin,mama3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性材料的疲勞特性描述參數(shù)：材料的疲勞特性描述參數(shù)：1 1）最大應(yīng)力）最大應(yīng)力 2 2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 3 3）應(yīng)力比（或循環(huán)特性）應(yīng)力比（或循環(huán)特性）r（ ）maxm

14、inmax 機(jī)械零件材料的抗疲勞特性是通過試驗(yàn)來測(cè)定的機(jī)械零件材料的抗疲勞特性是通過試驗(yàn)來測(cè)定的，即在，即在材料的標(biāo)準(zhǔn)試件上加上一定應(yīng)力比的等幅變應(yīng)力，通常是加材料的標(biāo)準(zhǔn)試件上加上一定應(yīng)力比的等幅變應(yīng)力，通常是加上應(yīng)力比上應(yīng)力比r=-1的對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力或是的對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力或是r=0的脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，通過的脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，通過試驗(yàn)，記錄出在不同最大應(yīng)力下引起試件疲勞破壞所經(jīng)歷的試驗(yàn)，記錄出在不同最大應(yīng)力下引起試件疲勞破壞所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N。WES系列數(shù)顯式液壓萬能試驗(yàn)機(jī)系列數(shù)顯式液壓萬能試驗(yàn)機(jī) 在任一給定循環(huán)特性在任一給定循環(huán)特性r的條件下，應(yīng)力循環(huán)的條件下，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料次后，材

15、料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱為不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞極限疲勞極限。 maxNADCB41 N310 BN410 CNDN持久疲勞極限持久疲勞極限或更大或更大10102525 1010高周疲勞高周疲勞: :點(diǎn)以后點(diǎn)以后）低周疲勞（或應(yīng)變疲勞低周疲勞（或應(yīng)變疲勞帶有塑性變形的疲勞，帶有塑性變形的疲勞，1010N N: :段段靜應(yīng)力靜應(yīng)力，1010數(shù)N數(shù)N基本不變，應(yīng)力循環(huán)次基本不變，應(yīng)力循環(huán)次: :段段r r7 76 64 43 3 ， 于水平，于水平，點(diǎn)開始疲勞曲線明顯趨點(diǎn)開始疲勞曲線明顯趨: :線線，曲線形狀近似指數(shù)曲，曲線形狀近似指數(shù)曲 之間，稱為有限壽命區(qū)之間，稱為有限壽命區(qū)

16、N在N在: : DDDCNNDNNCDNCBCAB 104maxl疲勞曲線（疲勞曲線（ N N 曲線）曲線） 在一定的應(yīng)力比在一定的應(yīng)力比r下，疲勞極限（以最大應(yīng)力下，疲勞極限（以最大應(yīng)力max表征）與應(yīng)表征）與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)力循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。( (一一) ) N N 疲勞曲線疲勞曲線曲線曲線CD段代表段代表有限壽命疲勞階段有限壽命疲勞階段，有限壽命疲勞極限用符號(hào)，有限壽命疲勞極限用符號(hào) 表示。表示。D點(diǎn)以后稱為點(diǎn)以后稱為無限壽命疲勞階段無限壽命疲勞階段，無限壽命疲勞極限用，無限壽命疲勞極限用 表示。表示。rNrmrNN CCDNNNrNrDNN6710 25 10DN 在做疲

17、勞試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)在做疲勞試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù) （稱為（稱為循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)）。）。0N0mmrNrNNC 用用N0和與和與N0相對(duì)應(yīng)的疲勞極限相對(duì)應(yīng)的疲勞極限 （簡(jiǎn)寫為（簡(jiǎn)寫為 ）來近似代表）來近似代表 和和 。0rNrDNr 根據(jù)根據(jù) 及及 來求有限壽命區(qū)間內(nèi)任意循環(huán)次數(shù)來求有限壽命區(qū)間內(nèi)任意循環(huán)次數(shù) 的表達(dá)式的表達(dá)式 。0Nr()CDN NNNrN0mrNrNrNKN 壽命系數(shù)，即壽命系數(shù)，即 。m 材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)來決定。材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)來決定。鋼材，彎曲和拉壓疲勞，鋼材，彎曲和拉壓疲勞，m=620， 。鋼制零件受彎曲疲勞時(shí)，中等尺寸取鋼制零件受彎曲疲勞時(shí)，中等

18、尺寸取m=9， 大尺寸零件取大尺寸零件取 m=9,NKrNNrK0mrNrNrNKN605 10N 7010N 當(dāng)當(dāng)N大于疲勞曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)大于疲勞曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)D所對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)所對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)ND時(shí)，式中的時(shí)，式中的N就取為就取為ND，用，用 代表代表 。0mrNrNrNKNr0rN說明：曲線說明：曲線CDCD和和D D以后兩段所代表的疲勞通常統(tǒng)稱為以后兩段所代表的疲勞通常統(tǒng)稱為高周疲勞高周疲勞，大，大多數(shù)通用機(jī)械零件及專用零件的失效都是由高周疲勞引起的。多數(shù)通用機(jī)械零件及專用零件的失效都是由高周疲勞引起的。l等壽命曲線或極限應(yīng)力線圖等壽命曲線或極限應(yīng)力線圖（ N N 曲線）曲線） 在特定壽命條件

19、下，最大應(yīng)力在特定壽命條件下，最大應(yīng)力max = =m + +a與應(yīng)力比與應(yīng)力比 的關(guān)系的關(guān)系。mmaar( (二二) )等壽命疲勞曲線等壽命疲勞曲線( (疲勞極限應(yīng)力線圖疲勞極限應(yīng)力線圖) ) 材料試驗(yàn)一般只給材料試驗(yàn)一般只給出出r=-1及及r=0時(shí)的疲時(shí)的疲勞極限，即勞極限，即1、0。為獲得各。為獲得各種不同循環(huán)特性種不同循環(huán)特性r時(shí)的疲勞極限，常借助簡(jiǎn)化的疲勞極限應(yīng)力圖。時(shí)的疲勞極限，常借助簡(jiǎn)化的疲勞極限應(yīng)力圖。以以 為橫坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)、 為縱坐標(biāo)，即可得材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下的為縱坐標(biāo)，即可得材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下的極限極限 和和 的關(guān)系圖。的關(guān)系圖。mmaa1,s 材料的簡(jiǎn)化極限

20、應(yīng)力線圖，可根據(jù)材料的三個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)材料的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖，可根據(jù)材料的三個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 和和 而作出。而作出。0AGC極限應(yīng)力線，其上各點(diǎn)的坐標(biāo)為極限應(yīng)力線，其上各點(diǎn)的坐標(biāo)為(,)mam材料的極限平均應(yīng)力材料的極限平均應(yīng)力a材料的極限應(yīng)力幅材料的極限應(yīng)力幅材料的最大極限應(yīng)力：材料的最大極限應(yīng)力：maxmaGC段段 maxmasA直線的方程為：直線的方程為：ma1smaC直線的方程為：直線的方程為：0012 為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：對(duì)于碳鋼，對(duì)于碳鋼， 0.10.2，對(duì)于合金鋼，對(duì)于合金鋼， 0.20.3。 上各

21、點(diǎn)：上各點(diǎn)： 如果如果 不會(huì)疲勞破壞不會(huì)疲勞破壞 上各點(diǎn)：上各點(diǎn)： 如果如果 不會(huì)屈服破壞不會(huì)屈服破壞 AGCGamlimmaxsamlimmaxmaxsmax折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效區(qū)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高。區(qū)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高。AA對(duì)稱疲勞極限點(diǎn)對(duì)稱疲勞極限點(diǎn) DD脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn) GG強(qiáng)度極限點(diǎn)強(qiáng)度極限點(diǎn) C C 屈服極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn)小結(jié)：小結(jié)：對(duì)稱極限點(diǎn)對(duì)稱極限點(diǎn)強(qiáng)度極限點(diǎn)強(qiáng)度極限點(diǎn)脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn) 對(duì)稱極限點(diǎn)對(duì)稱極限點(diǎn) 強(qiáng)度極限點(diǎn)

22、強(qiáng)度極限點(diǎn) 脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn) 屈服極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn) 簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖：簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖：簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖 作法：考慮材料的最大應(yīng)力不超過疲勞極限，得作法：考慮材料的最大應(yīng)力不超過疲勞極限，得 及延長(zhǎng)線及延長(zhǎng)線 考慮塑性材料的最大應(yīng)力不超過屈服極限，得考慮塑性材料的最大應(yīng)力不超過屈服極限，得max10,1,mr maxlim0,1amr 22maxma0r 20maCGDACGDA3-2 3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算l 零件的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖 由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，由于零件幾何形狀的變化、尺寸大

23、小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，使得使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。 以以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)表示材料對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限表示材料對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限-1-1與零件對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限與零件對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限-1e-1e的比值，即：的比值，即：e11K在不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，在不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，是試件與零件是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值極限應(yīng)力幅的比值。 將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線ADG 按比例向下按比例向下移，成為右圖所示的直線移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應(yīng)力曲線的而極限應(yīng)力曲

24、線的 CG 部分，部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求來考慮的，故不須進(jìn)行修正。這樣由于是按照靜應(yīng)力的要求來考慮的，故不須進(jìn)行修正。這樣就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。 強(qiáng)調(diào)：強(qiáng)調(diào)：1. 2. CG段按照靜應(yīng)力要求考段按照靜應(yīng)力要求考 慮，不需修正。慮，不需修正。3. AGC為為零件零件 持久持久 疲勞疲勞 強(qiáng)度曲線強(qiáng)度曲線。maK 不影響不影響只影響只影響qkK 1)11( 有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)式中：式中： k)1(1 qk理論應(yīng)力集中系數(shù)理論應(yīng)力集中系數(shù) 尺寸系數(shù)尺寸系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)表面質(zhì)量系數(shù) 強(qiáng)強(qiáng)化化系系數(shù)數(shù)q l零件彎曲疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)的計(jì)算零件彎

25、曲疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)的計(jì)算(P38-45)： 換成換成將式中將式中時(shí)，時(shí)，注：求注：求K敏感系數(shù)敏感系數(shù) ql 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件的應(yīng)力在極限應(yīng)力線圖坐標(biāo)上的位置零件的應(yīng)力在極限應(yīng)力線圖坐標(biāo)上的位置強(qiáng)度計(jì)算時(shí)所用的極限應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)所用的極限應(yīng)力應(yīng)是零件的極限應(yīng)力曲力應(yīng)是零件的極限應(yīng)力曲線（線（AGC）上的某一個(gè)點(diǎn)）上的某一個(gè)點(diǎn)代表的應(yīng)力。代表的應(yīng)力。用哪一個(gè)點(diǎn)來表示極限應(yīng)力才算合適用哪一個(gè)點(diǎn)來表示極限應(yīng)力才算合適？l 根據(jù)零件載荷的變化規(guī)律及零件與相鄰零件互相約束情況的根據(jù)零件載荷的變化規(guī)律及零件與相鄰零件互相約束情況的不同，可能發(fā)生的典型應(yīng)力變化規(guī)律通常有三

26、種：不同，可能發(fā)生的典型應(yīng)力變化規(guī)律通常有三種：1）變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變，即）變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變，即 2）變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即）變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即 3）變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即）變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即CmCminCr 一、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1 1、 大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài) minmax/rC過原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)過原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)M或或N作連線交作連線交ADG于于M1 和和N1 點(diǎn)，點(diǎn)，由于直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均相同由于直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均相同, M1 和和N1 點(diǎn)即為所點(diǎn)即為所求

27、的極限應(yīng)力點(diǎn)求的極限應(yīng)力點(diǎn)。maxmax()/ 21()/ 21alinmlinrr常數(shù)tt0 aba)當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OAG內(nèi)內(nèi)極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算按疲勞強(qiáng)度計(jì)算mamaammeaeekkmax11maxlim)(零件的極限應(yīng)力，疲勞極限：零件的極限應(yīng)力，疲勞極限：強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： 1maxmaxmaxlimsksmaecab)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于OGC內(nèi)內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計(jì)算極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計(jì)算maxmaxlimssamsseca2、 振動(dòng)中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)振動(dòng)中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)cm需在極限應(yīng)

28、力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極需在極限應(yīng)力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極限應(yīng)力，過工作應(yīng)力點(diǎn)限應(yīng)力，過工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與縱軸平行的軸線交作與縱軸平行的軸線交AGC于于M2 （N2 ）點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn)點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn) 。b）工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于GHC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限 強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： maxlimssamseca 0t m a) 當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位 于于OAGH區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為疲勞極限極限應(yīng)力為疲勞極限 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： )()(1maxmaxmaxlimskksammeca3、 變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺

29、栓應(yīng)力狀態(tài)變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài) cmin過工作應(yīng)力點(diǎn)過工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與橫坐標(biāo)成作與橫坐標(biāo)成45的直線，則這直線任的直線，則這直線任一點(diǎn)的最小應(yīng)力一點(diǎn)的最小應(yīng)力 均相同，均相同，直線與極限應(yīng)力線圖直線與極限應(yīng)力線圖交點(diǎn)交點(diǎn) 即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。 cammin ammin)(33NM求求AG與與MM3 的交點(diǎn)的交點(diǎn):aememeeaeekk11aeamaememinkkmeaeemin1maxlim)(2 )2)()(2)()(2minmin1min1maxlimSkkkkSaameca強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件: :a)a)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGI

30、OJGI區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算按疲勞強(qiáng)度計(jì)算b)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于IGC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限按靜強(qiáng)度計(jì)算按靜強(qiáng)度計(jì)算),(3aemeNesaemelim 2minmaxlimSSasamseca極限應(yīng)力點(diǎn)為極限應(yīng)力點(diǎn)為靜強(qiáng)度條件靜強(qiáng)度條件c）工作應(yīng)力位于工作應(yīng)力位于OAJ區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)min為負(fù)值，工程中罕見，故不作考慮。為負(fù)值，工程中罕見，故不作考慮。 5）等效應(yīng)力幅）等效應(yīng)力幅 應(yīng)力的等效轉(zhuǎn)化應(yīng)力的等效轉(zhuǎn)化mNNN0maadk注意：注意：1）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，

31、一般采用 r =C的的情況計(jì)算。情況計(jì)算。2）上述計(jì)算均為按）上述計(jì)算均為按無限壽命無限壽命進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，若按有限壽命進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，若按有限壽命要求設(shè)計(jì)零件時(shí)，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)要求設(shè)計(jì)零件時(shí)，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)NNo時(shí)，這時(shí)，這時(shí)上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為時(shí)上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命有限壽命的疲勞極限的疲勞極限 ，即應(yīng)以，即應(yīng)以-1N 代代-1 ，以，以oN代代o3）當(dāng)無法確定工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮可能）當(dāng)無法確定工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮可能出現(xiàn)的兩種情況。出現(xiàn)的兩種情況。4）對(duì)切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將）對(duì)切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將改為改為即可。即可。

32、二、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性：機(jī)床、機(jī)械手規(guī)律性：機(jī)床、機(jī)械手非規(guī)律性：汽車彈簧非規(guī)律性：汽車彈簧 0tT 規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞損傷疲勞損傷累積假說累積假說（M.A.Miner）轉(zhuǎn)換為）轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定變應(yīng)力。穩(wěn)定變應(yīng)力。非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力統(tǒng)計(jì)強(qiáng)統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度理論度理論轉(zhuǎn)換為規(guī)律性不穩(wěn)定變轉(zhuǎn)換為規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力應(yīng)力疲勞損傷積累假說疲勞損傷積累假說轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定變應(yīng)力為穩(wěn)定變應(yīng)力 0t若應(yīng)力每循環(huán)一次都對(duì)材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力若應(yīng)力每循環(huán)一次都對(duì)材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力 1

33、1 每循環(huán)一每循環(huán)一次對(duì)材料的損傷率即為次對(duì)材料的損傷率即為1/1/N N1 1，而循環(huán)了而循環(huán)了n n1 1次的次的1 1對(duì)材料的損傷率即為對(duì)材料的損傷率即為n n1 1/ /N N1 1。如此類推，循環(huán)了如此類推，循環(huán)了n n2 2次的次的2 2對(duì)材料的損傷率即為對(duì)材料的損傷率即為n n2 2/ /N N2 2，。當(dāng)損傷率達(dá)到當(dāng)損傷率達(dá)到100%100%時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對(duì)應(yīng)于極限狀況有：時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對(duì)應(yīng)于極限狀況有：3121231nnnNNN規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力11ziiinN疲勞損傷累積假說數(shù)學(xué)表達(dá)式：疲勞損傷累積假說數(shù)學(xué)表達(dá)式：試驗(yàn)證明：試驗(yàn)證明： 1）當(dāng)各個(gè)作用

34、的應(yīng)力幅無很大的差別以及無短時(shí)的強(qiáng)烈）當(dāng)各個(gè)作用的應(yīng)力幅無很大的差別以及無短時(shí)的強(qiáng)烈過載時(shí)，這個(gè)規(guī)律是正確的；過載時(shí)，這個(gè)規(guī)律是正確的； 2）當(dāng)各級(jí)應(yīng)力先作用最大的，然后依次降低時(shí)，數(shù)學(xué)表）當(dāng)各級(jí)應(yīng)力先作用最大的，然后依次降低時(shí)，數(shù)學(xué)表達(dá)式等號(hào)右邊將不等于達(dá)式等號(hào)右邊將不等于1而小于而小于1； 3）當(dāng)各級(jí)應(yīng)力先作用最小的，然后依次升高時(shí)）當(dāng)各級(jí)應(yīng)力先作用最小的，然后依次升高時(shí) ，數(shù)學(xué)表，數(shù)學(xué)表達(dá)式等號(hào)右邊將大于達(dá)式等號(hào)右邊將大于1。10.7 2.2ziiinN通過大量試驗(yàn)，有以下關(guān)系：通過大量試驗(yàn)，有以下關(guān)系：解釋如下：解釋如下： 使初始疲勞裂紋產(chǎn)生和使裂紋擴(kuò)展所需的應(yīng)力水平是不使初始疲勞裂紋

35、產(chǎn)生和使裂紋擴(kuò)展所需的應(yīng)力水平是不同的。同的。遞升的變應(yīng)力不易產(chǎn)生破壞，是由于前面施加的較小的應(yīng)遞升的變應(yīng)力不易產(chǎn)生破壞，是由于前面施加的較小的應(yīng)力對(duì)材料不但沒有使初始疲勞裂紋產(chǎn)生，而且對(duì)材料起了強(qiáng)力對(duì)材料不但沒有使初始疲勞裂紋產(chǎn)生，而且對(duì)材料起了強(qiáng)化的作用，即表達(dá)式右邊的值大于化的作用，即表達(dá)式右邊的值大于1 1。遞減的變應(yīng)力卻由于開始作用了最大的變應(yīng)力，引起了初遞減的變應(yīng)力卻由于開始作用了最大的變應(yīng)力，引起了初始裂紋，則以后施加的應(yīng)力雖然較小，但仍能夠使裂紋擴(kuò)展，始裂紋，則以后施加的應(yīng)力雖然較小，但仍能夠使裂紋擴(kuò)展，故對(duì)材料有削弱的作用，即表達(dá)式右邊的值小于故對(duì)材料有削弱的作用，即表達(dá)式右

36、邊的值小于1 1。三、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力 當(dāng)零件剖面上同時(shí)作用著相位相同的當(dāng)零件剖面上同時(shí)作用著相位相同的縱向和切向?qū)ΨQ循環(huán)縱向和切向?qū)ΨQ循環(huán)，穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力a和和a時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)后極限應(yīng)力關(guān)系為：時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)后極限應(yīng)力關(guān)系為：1)()(2121eaeaa, a 同時(shí)作用正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力幅極限值（同時(shí)作用正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力幅極限值（ , 同時(shí)作用同時(shí)作用 ）-1e , -1e 零件對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)力和切應(yīng)力時(shí)疲勞極限零件對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)力和切應(yīng)力時(shí)疲勞極限 （ , 單獨(dú)作用）單獨(dú)作用） 在以在以 的坐標(biāo)系中為一個(gè)

37、單位圓的坐標(biāo)系中為一個(gè)單位圓 eaea11maxmax, 1aar圓弧圓弧AMB任何一點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力任何一點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力 a 和和a ，如果工作如果工作應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)M（ ）在極限圓以內(nèi)，則是安全的。在極限圓以內(nèi)，則是安全的。M點(diǎn)所對(duì)應(yīng)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)M 確定時(shí)，一般認(rèn)為確定時(shí)，一般認(rèn)為 比值不變（多數(shù)情況比值不變（多數(shù)情況如此），如此）， M 點(diǎn)在點(diǎn)在OM直線的延長(zhǎng)線上，如圖所示直線的延長(zhǎng)線上，如圖所示M。eaea11,aa/aeS122SSSSSODDOOCCOOMMOSca強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： 零件只受對(duì)稱循環(huán)切零件只受對(duì)稱循環(huán)切應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)應(yīng)力時(shí)的安全

38、系數(shù) aeS1零件只受對(duì)稱循環(huán)零件只受對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)正應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)集1習(xí)題（3-20），P4：四、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施四、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施 1 1、盡可能降低零件上應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度、盡可能降低零件上應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度的首要措施。的首要措施。2 2、選用疲勞強(qiáng)度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱、選用疲勞強(qiáng)度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法及強(qiáng)化工藝。處理方法及強(qiáng)化工藝。3 3、提高零件的表面質(zhì)量。、提高零件的表面質(zhì)量。4 4、盡可能地減小或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，、盡可能地減小或消除零

39、件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對(duì)于延長(zhǎng)零件的疲勞壽命有更為顯著的作用。對(duì)于延長(zhǎng)零件的疲勞壽命有更為顯著的作用。 牢記影響應(yīng)力集中的牢記影響應(yīng)力集中的四大因素四大因素： 有效應(yīng)力集中、尺寸因素、表面質(zhì)量、表面強(qiáng)度有效應(yīng)力集中、尺寸因素、表面質(zhì)量、表面強(qiáng)度小結(jié)：小結(jié)： 3-3 3-3 機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度l低應(yīng)力脆斷：低應(yīng)力脆斷：在工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時(shí)發(fā)生的突然斷裂。在工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時(shí)發(fā)生的突然斷裂。大部分低應(yīng)力脆斷事故均發(fā)生在應(yīng)用了大部分低應(yīng)力脆斷事故均發(fā)生在應(yīng)用了高強(qiáng)度鋼材高強(qiáng)度鋼材的結(jié)構(gòu)或的結(jié)構(gòu)或大型的焊接件中。大型的焊接件中。l斷裂力學(xué)理論：斷裂力學(xué)理論：研究

40、帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。斷裂力學(xué)建立了構(gòu)件的裂紋尺寸、的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。斷裂力學(xué)建立了構(gòu)件的裂紋尺寸、工作應(yīng)力以及材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力三者之間的定量關(guān)系。工作應(yīng)力以及材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力三者之間的定量關(guān)系。上述裂紋是指上述裂紋是指宏觀裂紋（裂紋尺寸大于宏觀裂紋（裂紋尺寸大于0.1mm0.1mm）。l斷裂力學(xué)在工程上斷裂力學(xué)在工程上主要應(yīng)用于估計(jì)含裂紋構(gòu)件的安全性和主要應(yīng)用于估計(jì)含裂紋構(gòu)件的安全性和使用壽命，確定構(gòu)件在工作條件下所允許的最大裂紋尺寸，使用壽命，確定構(gòu)件在工作條件下所允許的最大裂紋尺寸，用斷裂力學(xué)指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的安

41、全性設(shè)計(jì)。用斷裂力學(xué)指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)。l傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論與斷裂力學(xué)理論的比較：傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論與斷裂力學(xué)理論的比較：1.1.傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論 運(yùn)用應(yīng)力和許用應(yīng)力來度量和控制結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與安全性。運(yùn)用應(yīng)力和許用應(yīng)力來度量和控制結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與安全性。2.2.斷裂力學(xué)理論斷裂力學(xué)理論 運(yùn)用運(yùn)用應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子和和平面應(yīng)變斷裂韌度平面應(yīng)變斷裂韌度兩個(gè)新的度量指標(biāo)。兩個(gè)新的度量指標(biāo)。 a) a)應(yīng)力強(qiáng)度因子：反映裂紋頂端附近各點(diǎn)應(yīng)力大小的物理量，應(yīng)力強(qiáng)度因子：反映裂紋頂端附近各點(diǎn)應(yīng)力大小的物理量，表征裂紋頂端附近應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱。表征裂紋頂端附近應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱。 b) b)平面應(yīng)變斷裂韌度：取

42、決于材料性質(zhì)的參數(shù)，反映材料阻平面應(yīng)變斷裂韌度：取決于材料性質(zhì)的參數(shù)，反映材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。3.3.運(yùn)用斷裂力學(xué)對(duì)含裂紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析和安全性評(píng)價(jià)步驟：運(yùn)用斷裂力學(xué)對(duì)含裂紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析和安全性評(píng)價(jià)步驟： 初始裂紋初始裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子平面應(yīng)變斷裂韌度平面應(yīng)變斷裂韌度安全性判斷安全性判斷3-4 3-4 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度Lb線接觸內(nèi)接觸兩曲面接觸點(diǎn)接觸外接觸受力變形接觸面拋物線分布（兩物體接觸面大小相同）L F F b H HHEELFHertz222121211111:公式得根據(jù)彈性力學(xué)曲率半徑曲率半徑泊松比泊松比彈性模量彈性模量式中：正號(hào)用于外接觸，負(fù)號(hào)用于內(nèi)接觸。式