材料力學(xué)第14章交變應(yīng)力課件

1、材料力學(xué)(ci lio l xu)第十四章 交變(jio bin)應(yīng)力共三十三頁(yè)第十四章 交變(jio bin)應(yīng)力141 概述142 交變應(yīng)力的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)143 材料持久(chji)限及其測(cè)定144 構(gòu)件持久限及其計(jì)算145 對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算146 非常溫靜載下材料力學(xué)性能簡(jiǎn)介共三十三頁(yè)14 概 述一、交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間作(jinzu)周期性變化，這 種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。折鐵絲(ti s)PP共三十三頁(yè)二、疲勞(plo)破壞的發(fā)展過程:1.亞結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而(cng r)永久損傷形核。2.產(chǎn)生微觀裂紋。3.微觀裂紋長(zhǎng)大并合并，形成“主導(dǎo)”裂紋。4.宏

2、觀主導(dǎo)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展。5.結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或完全斷裂。材料在交變應(yīng)力下的破壞，習(xí)慣上稱為疲勞破壞。共三十三頁(yè)三、疲勞破壞(phui)的特點(diǎn):2.斷裂發(fā)生要經(jīng)過(jnggu)一定的循環(huán)次數(shù)3.破壞均呈脆斷4.“斷口”分區(qū)明顯。 （光滑區(qū)和粗糙區(qū)）共三十三頁(yè)142 交變(jio bin)應(yīng)力的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)一、循環(huán)(xnhun)特征：三、應(yīng)力幅：二、平均應(yīng)力：smsminsmaxsaTts共三十三頁(yè)smt四、幾種特殊(tsh)的交變應(yīng)力：1.對(duì)稱(duchn)循環(huán)：sminsmaxsaTs共三十三頁(yè)ts2.脈動(dòng)(midng)循環(huán)：3.靜循環(huán)(xnhun)：五、穩(wěn)定交變應(yīng)力：循環(huán)特征及周期不變。sminsmax

3、satssmsmsminsmax共三十三頁(yè)例1 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿大頭螺釘工作時(shí)最大拉力(ll)Pmax =58.3kN，最小拉力Pmin =55.8kN ，螺紋內(nèi)徑為 d=11.5mm，試求 a 、m 和 r。解：共三十三頁(yè)143 材料持久(chji)限及其測(cè)定一、材料持久限(疲勞極限)： 循環(huán)應(yīng)力只要不超過某個(gè)“最大限度”,構(gòu)件(gujin)就可以經(jīng)歷無(wú)數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，這個(gè)限度值稱為“疲勞極限”，用r 表示。二、 N 曲線（應(yīng)力壽命曲線）：N0循環(huán)基數(shù)。r材料持久限。A名義持久限。N(次數(shù))sNAsAsrN0共三十三頁(yè)144 構(gòu)件(gujin)持久限及其計(jì)算一、構(gòu)件(gujin)持久限r(nóng)

4、 0 r0 與 r 的關(guān)系：1. K 有效應(yīng)力集中系數(shù)：2. 尺寸系數(shù)：共三十三頁(yè)3. 表面質(zhì)量系數(shù)(xsh)： 如果(rgu)循環(huán)應(yīng)力為剪應(yīng)力，將上述公式中的正應(yīng)力換為剪應(yīng)力即可。 對(duì)稱循環(huán)下 ，r= -1 。上述各系數(shù)均可查表而得。共三十三頁(yè)例2 階梯軸如圖，材料為鉻鎳合金鋼，b=920MPa，1= 420MPa ，1= 250MPa ，分別(fnbi)求出彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)。解：1.彎曲時(shí)的有效應(yīng)力集中(jzhng)系數(shù)和尺寸系數(shù)由圖表查有效應(yīng)力集中系數(shù)由表查尺寸系數(shù)f50f40r=5共三十三頁(yè)2.扭轉(zhuǎn)時(shí)的有效應(yīng)力(yngl)集中系數(shù)和尺寸系數(shù)由圖表查有效應(yīng)力(yn

5、gl)集中系數(shù)應(yīng)用直線插值法由表查尺寸系數(shù)共三十三頁(yè)145 對(duì)稱循環(huán)(xnhun)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、對(duì)稱循環(huán)(xnhun)的疲勞容許應(yīng)力:二、對(duì)稱循環(huán)的疲勞強(qiáng)度條件:共三十三頁(yè)例3 旋轉(zhuǎn)碳鋼軸上，作用一不變的力偶 M=0.8kNm，軸表面(biomin)經(jīng)過精車， b=600MPa，1= 250MPa，規(guī)定 n=1.9，試校核軸的強(qiáng)度。解： 確定(qudng)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力及循環(huán) 特征為對(duì)稱循環(huán)f70f50r=7.5MM共三十三頁(yè) 強(qiáng)度(qingd)校核 查圖表(tbio)求各影響系數(shù)，計(jì)算構(gòu)件持久限。求K：求 ：查圖得查圖得求 ：表面精車， =0.94安全共三十三頁(yè)146 非常溫靜(wn

6、jn)載下材料力學(xué)性能簡(jiǎn)介一、應(yīng)力速率對(duì)材料力學(xué)(ci lio l xu)性能的影響低碳鋼Ose1靜荷載2動(dòng)荷載應(yīng)力速率與屈服極限的關(guān)系0 20 40 60 80 100320300280260240220200ss (MPa)s (MPa/s)共三十三頁(yè)二、溫度對(duì)材料力學(xué)(ci lio l xu)性能的影響總趨勢(shì):溫度升高,E、S 、b下降(xijing)； 、 增大。溫度下降,b增大； 、 減小。0 100 200 300 400 500216177137700600500400300200100100908070605040302010Ed溫度對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響共三十三頁(yè)200017

7、50150012501000 750 500 250 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 d80706050403020100溫度對(duì)鉻錳合金(hjn)力學(xué)性能的影響共三十三頁(yè)- P(kN)-0 5 10 15 302010 0 Dl(mm)-0 5 10 15 302010 0 P(kN) Dl(mm)溫度(wnd)降低，塑性降低，強(qiáng)度極限提高純鐵中碳鋼 共三十三頁(yè)溫度降低，b增大，為什么結(jié)構(gòu)(jigu)會(huì)發(fā)生低溫脆斷？共三十三頁(yè)構(gòu)件的工作段不能超過穩(wěn)定(wndng)階段！ e tOABCDE不穩(wěn)定(wndng)階段穩(wěn)定階段加速階段破壞階段

8、 e0材料的蠕變曲線共三十三頁(yè)應(yīng)力不變溫度越高蠕變?cè)娇霻1T2T3T4s1s2s3s4溫度不變應(yīng)力越高蠕變?cè)娇旃踩?yè)三、應(yīng)力松弛(sn ch)： 在一定的高溫下，構(gòu)件上的總變形不變時(shí)，彈性變形會(huì)隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，從而使?gòu)件內(nèi)的應(yīng)力變小。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。共三十三頁(yè)溫度不變e2e1e3初應(yīng)力越大，松弛的初速率越大初始彈性應(yīng)變不變T1T3T2溫度越高，松弛的初速率越大共三十三頁(yè)四、沖擊荷載下材料力學(xué)性能 沖擊韌度轉(zhuǎn)變(zhunbin)溫度溫度降低(jingd)，b增大，結(jié)構(gòu)反而還發(fā)生低溫脆斷，原因何在？ 溫度降低，b增大，但材料的沖擊韌性下降，且抗斷裂能力基本不變，所以，結(jié)構(gòu)易發(fā)生低

9、溫脆斷。共三十三頁(yè)1.沖擊(chngj)試驗(yàn)試件40554055101010102R 0.52R1V型切口(qi ku)試樣U型切口試樣試件共三十三頁(yè)2.沖擊(chngj)試驗(yàn)試件共三十三頁(yè) “U”型口試(kush)件的沖擊韌性：“V”型口試(kush)件的沖擊韌性： 冷脆：溫度降低，沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為冷脆。共三十三頁(yè)共三十三頁(yè)本章(bn zhn)結(jié)束共三十三頁(yè)內(nèi)容摘要材料力學(xué)。144 構(gòu)件持久限及其計(jì)算。145 對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算。146 非常溫靜載下材料力學(xué)性能簡(jiǎn)介。14 概 述。3.微觀裂紋長(zhǎng)大并合并，形成“主導(dǎo)”裂紋。材料在交變應(yīng)力(yngl)下的破壞，習(xí)慣上稱為疲勞破壞。142 交變應(yīng)力(yngl)的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)。143 材料持久限及其測(cè)定。二、 N 曲線（應(yīng)力(yngl)壽命曲線）：。1. K 有效應(yīng)力(yngl)集中系數(shù)：。2. 尺