材料力學(xué)II課件：ch16-2015 疲勞(3rd)

1、第 16 章 疲 勞單輝祖編著：材料力學(xué) 單輝祖：材料力學(xué)2第 16 章 疲勞 本章主要研究： 循環(huán)應(yīng)力與疲勞的概念 材料的疲勞強(qiáng)度 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度與分析計算 提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施單輝祖：材料力學(xué)31 引言 2 循環(huán)應(yīng)力及其類型3 S-N曲線與材料的疲勞極限4 影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素5 對稱循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件的強(qiáng)度計算6 非對稱與彎扭組合循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件 的強(qiáng)度計算7 變幅循環(huán)應(yīng)力與累積損傷概念簡述8 含裂紋構(gòu)件斷裂失效概念簡介單輝祖：材料力學(xué)41 引 言 循環(huán)應(yīng)力 疲勞破壞及其特點(diǎn)單輝祖：材料力學(xué)5單輝祖：材料力學(xué)6單輝祖：材料力學(xué)7單輝祖：材料力學(xué)8單輝祖：材料力學(xué)9單輝祖：材料力學(xué)10單

2、輝祖：材料力學(xué)11單輝祖：材料力學(xué)12單輝祖：材料力學(xué)13單輝祖：材料力學(xué)14單輝祖：材料力學(xué)15 循環(huán)應(yīng)力實(shí)例載荷 F 的大小循環(huán)變化,聯(lián)桿內(nèi)應(yīng)力隨之變化每個齒隨齒輪轉(zhuǎn)動循環(huán)受力，齒內(nèi)應(yīng)力循環(huán)變化單輝祖：材料力學(xué)16起落架因飛機(jī)起落而反復(fù)受載（載荷不變, 軸轉(zhuǎn)動）單輝祖：材料力學(xué)17循環(huán)應(yīng)力隨時間循環(huán)變化的應(yīng)力（也稱交變應(yīng)力）循環(huán)應(yīng)力的變化幅度，可能是恒定的, 也可能是變化的循環(huán)應(yīng)力恒幅循環(huán)應(yīng)力變幅循環(huán)應(yīng)力單輝祖：材料力學(xué)18 疲勞破壞在循環(huán)應(yīng)力作用下，材料或構(gòu)件產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞破壞，簡稱疲勞在循環(huán)應(yīng)力作用下，如果應(yīng)力足夠大，并經(jīng)歷應(yīng)力的多次循環(huán)后，構(gòu)件將產(chǎn)生可見裂紋或完

3、全斷裂疲勞破壞單輝祖：材料力學(xué)19單輝祖：材料力學(xué)202 循環(huán)應(yīng)力及其類型 恒幅循環(huán)應(yīng)力描述 恒幅循環(huán)應(yīng)力的類型單輝祖：材料力學(xué)21 恒幅循環(huán)應(yīng)力描述恒幅循環(huán)應(yīng)力較常見，也是分析變幅循環(huán)應(yīng)力問題的基礎(chǔ)兩種描述方式： 最大應(yīng)力 smax 與最小應(yīng)力smin 平均應(yīng)力sm與應(yīng)力幅sa單輝祖：材料力學(xué)22 恒幅循環(huán)應(yīng)力的類型循環(huán)應(yīng)力變化特點(diǎn)，影響材料與構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度應(yīng)力比或循環(huán)特征對稱循環(huán)應(yīng)力脈動循環(huán)應(yīng)力非對稱循環(huán)應(yīng)力所有 r -1 的循環(huán)應(yīng)力單輝祖：材料力學(xué)23單輝祖：材料力學(xué)24單輝祖：材料力學(xué)25單輝祖：材料力學(xué)26單輝祖：材料力學(xué)273 S-N曲線與材料的疲勞極限 疲勞試驗(yàn) S-N曲線與材料

4、的疲勞極限單輝祖：材料力學(xué)28 疲勞試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)采用小尺寸（610 mm）光滑標(biāo)準(zhǔn)試樣（為一等強(qiáng)梁）軸向拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)單輝祖：材料力學(xué)29 S-N 曲線與材料的疲勞極限 S-N 曲線 - 應(yīng)力 S（s 或 t）與相應(yīng)應(yīng)力循環(huán)數(shù)（或壽命） N 的關(guān)系曲線 持久極限 - 材料能經(jīng)受無限次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值s /MPas bs sN鋼s r持久極限單輝祖：材料力學(xué)30N0某指定壽命材料疲勞極限或條件疲勞極限材料的持久極限與疲勞極限，統(tǒng)稱為材料的疲勞極限單輝祖：材料力學(xué)31單輝祖：材料力學(xué)32單輝祖：材料力學(xué)33單輝祖：材料力學(xué)34單輝祖：材料力學(xué)35單輝祖：材料力學(xué)36單輝

5、祖：材料力學(xué)374 影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素 構(gòu)件外形的影響 構(gòu)件橫截面尺寸的影響 構(gòu)件表面加工質(zhì)量的影響單輝祖：材料力學(xué)38 構(gòu)件外形的影響應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的形成，對構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響很大存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限不存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限R 愈小, Ks 愈大；sb 愈高，應(yīng)力集中對sr 的影響愈顯著 Ks有效應(yīng)力集中因數(shù)單輝祖：材料力學(xué)39應(yīng)盡量減小應(yīng)力集中，特別對于高強(qiáng)度材料構(gòu)件 增大圓角半徑 減小相連桿段的尺寸差別 將必要的孔與溝槽等配置在低應(yīng)力區(qū) 采用凹槽與卸荷糟等單輝祖：材料力學(xué)40 構(gòu)件橫截面尺寸的影響試驗(yàn)：彎、扭疲勞極限隨構(gòu)件橫截面尺寸增大而減小標(biāo)準(zhǔn)試樣的疲勞極限大尺

6、寸試樣的疲勞極限直徑 d 愈大, sr 降低愈多；sb 愈高，截面尺寸對sr 的影響愈大 es ,et 尺寸因數(shù)單輝祖：材料力學(xué)41 構(gòu)件表面加工質(zhì)量的影響最大應(yīng)力發(fā)生在構(gòu)件表層，構(gòu)件表面又常存在各種缺陷，故構(gòu)件表面加工質(zhì)量與表層狀況對疲勞強(qiáng)度存在影響表面加工質(zhì)量愈低, sr 降低愈多；sb 愈高，加工質(zhì)量對sr 的影響愈大 b 表面質(zhì)量因數(shù) 對于重要構(gòu)件, 尤其存在應(yīng)力集中的部位, 應(yīng)特別講究表面加工方法, 愈采用高 sb 材料, 愈重要 提高構(gòu)件表層材料的強(qiáng)度、改善表層應(yīng)力狀況，例如滲碳、滲氮、高頻淬火、表層滾壓與噴丸等單輝祖：材料力學(xué)425 對稱循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計算 疲勞強(qiáng)度條件 例 題單輝祖：材料力學(xué)43 疲勞強(qiáng)度條件構(gòu)件疲勞極限與許用應(yīng)力構(gòu)件疲勞強(qiáng)度條件（軸）（拉壓桿與梁）構(gòu)件疲勞極限構(gòu)件疲勞許用應(yīng)力nf疲勞安全因數(shù)單輝祖：材料力學(xué)44smax , tmax 最大工作應(yīng)力（名義應(yīng)力）s-1 , t-1 對不同截面一般不同疲勞強(qiáng)度條件的另一種表示形式：單輝祖：材料力學(xué)45 例 題例 5-1 圖示鉻鎳合金鋼軸，承受對稱循環(huán)的交變彎矩， Mmax = 700 N.m, 試校核疲勞強(qiáng)度。D=50mm，d=40mm, R = 5 mm, sb