工程力學第17章交變應(yīng)力

1、一、交變應(yīng)力的概念 第十四章 交變應(yīng)力 第一節(jié) 概述 一次應(yīng)力循環(huán) 交變應(yīng)力二、交變應(yīng)力的循環(huán)特征 隨時間作周期性變化的應(yīng)力。 整理ppt循環(huán)特征或應(yīng)力比 平均應(yīng)力 應(yīng)力幅 整理ppt2. 脈動循環(huán) 1. 對稱循環(huán) 3. 靜應(yīng)力 整理ppt4. 非對稱循環(huán) 5. 恒幅交變應(yīng)力 若某點交變應(yīng)力的最大值和最小值，在工作過程中始終保持不變。6. 變幅交變應(yīng)力 若某點交變應(yīng)力的最大值和最小值，在工作過程中變化。 非對稱循環(huán)應(yīng)力幅Sa的對稱循環(huán)平均靜應(yīng)力Sm整理ppt第二節(jié) 疲勞失效與持久極限 構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞。 一、疲勞失效 疲勞失效 疲勞失效斷口明顯地分為光滑區(qū)和粗糙區(qū)。 構(gòu)件在交變應(yīng)

2、力作用下突然斷裂時，其最大應(yīng)力遠低于靜載作用下的強度指標。 構(gòu)件在一定量的交變應(yīng)力作用下破壞，需要經(jīng)過一定量的應(yīng)力循環(huán)。 塑性好的材料，在斷裂前也沒有明顯的塑性變形，而呈脆性斷裂破壞。 光滑區(qū)粗糙區(qū)整理ppt疲勞裂紋源的形成 微觀裂紋的擴展 宏觀裂紋的擴展至脆性斷裂 疲勞失效實質(zhì)上是由于裂紋的形成和擴展造成的。 微觀裂紋的形成 分散的裂紋源 宏觀疲勞裂紋 裂紋源光滑區(qū)粗糙區(qū)整理ppt二、持久極限 1. 疲勞壽命 疲勞失效2. 材料在循環(huán)特性r下的持久極限（疲勞極限Sr） 一定的循環(huán)特性r一定的Smax一定的循環(huán)次數(shù)N 一定的循環(huán)次數(shù)N Smax破壞前循環(huán)次數(shù)N 疲勞極限Sr整理ppt3. 對稱

3、循環(huán)持久極限-1的測量 循環(huán)基數(shù)N0名義持久極限鋼N0=107鋁N0=108107-1整理ppt4. 持久極限的的測定 平均應(yīng)力增加時，材料所能承受的最大應(yīng)力將增加；應(yīng)力幅則降低，應(yīng)力比增大，持久極限增大。 整理ppt第三節(jié) 影響持久極限的因素 一、構(gòu)件外形的影響 有效應(yīng)力集中因數(shù) 外形改變 應(yīng)力集中應(yīng)力集中處易形成疲勞裂紋 在對稱循環(huán)下無應(yīng)力集中的光滑試樣的持久極限。 在對稱循環(huán)下有應(yīng)力集中、且尺寸相同的光滑試樣的持久極限。 整理ppt 理論應(yīng)力集中因數(shù)僅與構(gòu)件的形狀和尺寸有關(guān)，與構(gòu)件的材料性質(zhì)無關(guān)。 有效應(yīng)力集中因數(shù)與構(gòu)件的形狀、尺寸有關(guān)，而且與材料的性質(zhì)有關(guān)。整理ppt二、構(gòu)件尺寸的影響

4、 大尺寸毛坯所包含的縮孔、裂紋、夾雜等比小尺寸毛坯多。 大尺寸零件表面積和表層體積都比較大，裂紋源一般都在表面或表面層下，故形成疲勞源的概率也比較大。 應(yīng)力梯度的影響，截面直徑不同，若兩試樣中最大彎曲應(yīng)力相等，則大試樣中應(yīng)力衰減比小試樣緩慢，因而大試樣中高應(yīng)力區(qū)比小試樣的厚。即大試樣中處于高應(yīng)力狀態(tài)的晶粒比小試樣的多，有利于裂紋的形成與擴展。 整理ppt尺寸因數(shù) 在對稱循環(huán)下光滑大試樣的持久極限。 在對稱循環(huán)下光滑小試樣的持久極限。 對稱循環(huán)下尺寸的大小對軸向拉壓的持久極限無影響。 整理ppt三、構(gòu)件表面質(zhì)量的影響 表面質(zhì)量因數(shù) 在對稱循環(huán)下非磨削加工情況下構(gòu)件的持久極限。 四、構(gòu)件在對循環(huán)下

5、的持久極限 在對稱循環(huán)下表面是磨削加工情況下試樣的持久極限。 構(gòu)件經(jīng)淬火、滲碳、氮化等熱處理或化學處理，使表層強化，或者經(jīng)滾壓、噴丸等機械處理，使表層形成預(yù)壓應(yīng)力，減弱容易引起裂紋的工作拉應(yīng)力，提高構(gòu)件的持久極限。 整理ppt第四節(jié) 構(gòu)件的疲勞強度計算 一、對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算 對稱循環(huán)交變正應(yīng)力下構(gòu)件的強度條件應(yīng)為 工作安全因數(shù) 整理ppt拉、壓、彎曲對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度條件強度條件 扭轉(zhuǎn)對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度條件 整理ppt 例：圖所示階梯形圓截面軸，由鉻鎳合金鋼制成，危險截面A-A 上的內(nèi)力為對稱循環(huán)的交變彎矩，其最大值為Mmax=700Nm ，若規(guī)定的安全因數(shù)n=1.6，

6、試校核軸 A-A 截面的疲勞強度。已知b=1200MPa，-1=460MPa。 解： 計算構(gòu)件工作應(yīng)力危險截面上的最大工作應(yīng)力整理ppt 校核疲勞強度 所以階梯圓軸滿足疲勞強度要求 確定各影響因數(shù) 整理ppt二、非對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算 非對稱循環(huán)應(yīng)力幅a的對稱循環(huán)平均靜應(yīng)力m非對稱循環(huán)持久極限 材料對應(yīng)力循環(huán)非對稱性的敏感系數(shù)，由-1和0算出整理ppt 應(yīng)力集中、構(gòu)件尺寸和表面質(zhì)量等因素只影響動應(yīng)力部分非對稱循環(huán)下的工作安全因數(shù)敏感系數(shù)只影響靜應(yīng)力部分整理ppt拉、壓、彎曲非對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度條件強度條件 扭轉(zhuǎn)非對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度條件 塑性材料構(gòu)件當r 0時必須滿足靜強度條

7、件 整理ppt 例：圖示圓桿上有一個沿直徑的貫穿孔，不對稱交變彎矩Mmax=5Mmin=512Nm。材料為合金鋼b=950MPa，s=540MPa，-1=430MPa，=0.2。圓桿表面經(jīng)磨削加工。若規(guī)定安全因數(shù)n=2，ns=1.5，試校核此桿的強度。 解： 計算圓桿的工作應(yīng)力 整理ppt 確定系數(shù) 表面經(jīng)磨削加工的桿件整理ppt 疲勞強度校核 所以疲勞強度是足夠的 靜強度校核 所以靜強度條件也是滿足的 因為r =0.20，所以需要校核靜強度整理ppt三、彎曲和扭轉(zhuǎn)組合交變應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強度計算 傳動軸在彎扭組合交變應(yīng)力下設(shè)計程序按靜載強度條件、剛度條件估算軸的直徑按軸的結(jié)構(gòu)、工藝裝配要求確定軸的結(jié)構(gòu)外形軸的疲勞強度校核整理ppt第三強度理論構(gòu)件彎扭組合變形的強度條件疲勞強度校核，極限應(yīng)力為持久極限整理ppt構(gòu)件彎扭組合變形的疲勞強度條件第四強度理論同樣可得到上式整理ppt 例：階梯軸的尺寸如圖所示，材料為碳鋼， b=550MPa，-1=220MPa，-1=120MPa，系數(shù)=0.1。對稱交變彎矩M=450Nm，扭矩M