第3章 機械零件的疲勞強度設(shè)計_第1頁
第3章 機械零件的疲勞強度設(shè)計_第2頁
第3章 機械零件的疲勞強度設(shè)計_第3頁
第3章 機械零件的疲勞強度設(shè)計_第4頁
第3章 機械零件的疲勞強度設(shè)計_第5頁
已閱讀5頁,還剩21頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

第三章機械零件的疲勞強度設(shè)計§3-1概述§3-2疲勞曲線和極限應(yīng)力圖§3-3影響零件疲勞強度的主要因素§3-4受恒幅循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強度§3-5受變幅循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強度教學(xué)時數(shù):2學(xué)時教學(xué)目的與要求:掌握材料和零件的疲勞強度計算的能力;利用材料的極限應(yīng)力線圖求解零件的疲勞極限。教學(xué)內(nèi)容:疲勞曲線和等壽命曲線。材料疲勞強度和零件疲勞強度的區(qū)別。零件單項穩(wěn)定變應(yīng)力時機械的疲勞強度計算。教學(xué)重點:機械零件的強度及其計算準則,材料的疲勞特性和零件疲勞強度的計算,單軸穩(wěn)態(tài)變應(yīng)力的疲勞強度計算。教學(xué)難點:零件單軸穩(wěn)態(tài)變應(yīng)力的疲勞強度計算。第一節(jié)概述一、疲勞破壞

機械零件在循環(huán)應(yīng)力作用下。即使循環(huán)應(yīng)力的,而應(yīng)力的每次循環(huán)也仍然會對零件造成輕微的損傷。隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加,當(dāng)損傷累積到一定程度時,在零件的表面或內(nèi)部將出現(xiàn)(萌生)裂紋。之后,裂紋又逐漸擴展直到發(fā)生完全斷裂。這種緩慢形成的破壞稱為“疲勞破壞”。

“疲勞破壞”。--是循環(huán)應(yīng)力作用下零件的主要失效形式。

疲勞破壞的特點a)疲勞斷裂時:受到的低于,甚至低于。b)斷口通常沒有顯著的塑性變形。不論是脆性材料,還是塑性材料,均表現(xiàn)為脆性斷裂?!咄蝗恍?,更危險。

概述2C)疲勞破壞是一個損傷累積的過程,需要時間。壽命可計算。d)疲勞斷口分為兩個區(qū):疲勞區(qū)和脆性斷裂區(qū)。二、循環(huán)應(yīng)力的類型脆性斷裂區(qū)疲勞區(qū)疲勞源疲勞紋循環(huán)應(yīng)力可用smax、smin、sm、sa、

這五個參數(shù)中的任意兩個參數(shù)表示。規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力隨機循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力分為恒幅循環(huán)應(yīng)力變幅循環(huán)應(yīng)力對稱循環(huán)應(yīng)力脈動循環(huán)應(yīng)力非對稱循環(huán)應(yīng)力規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力隨機循環(huán)應(yīng)力§3-2疲勞曲線和極限應(yīng)力圖

第二節(jié)疲勞曲線和極限應(yīng)力圖兩個概念:2)疲勞壽命N:材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。一、疲勞曲線(-N曲線)

是在應(yīng)力比

一定時,表示疲勞極限與循環(huán)次數(shù)

N

之間關(guān)系的曲線。

不同或

N不同時,疲勞極限則不同。在疲勞強度計算中,?。?。1)材料的疲勞極限:在應(yīng)力比為的循環(huán)應(yīng)力作用下,應(yīng)力循環(huán)N次后,材料不發(fā)生疲勞破壞時所能承受的最大應(yīng)力。(變應(yīng)力的大小可按其最大應(yīng)力進行比較)典型的疲勞曲線如右圖所示:

可以看出:隨N的增大而減小。但是當(dāng)N

超過某一循環(huán)次數(shù)N0

時,曲線趨于水平。即不再隨N的增大而減小。N0

-----循環(huán)基數(shù)。以N0為界,曲線分為兩個區(qū):1)無限壽命區(qū):當(dāng)N≥N0時,曲線為水平直線,對應(yīng)的疲勞極限是一個定值,用表示。它是表征材料疲勞強度的重要指標(biāo),是疲勞設(shè)計的基本依據(jù)。s-N疲勞曲線有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)可以認為:當(dāng)材料受到的應(yīng)力不超過時,則可以經(jīng)受無限次的應(yīng)力循環(huán)而不疲勞破壞。--壽命是無限的。與曲線的兩個區(qū)相對應(yīng),疲勞設(shè)計分為:2)有限壽命區(qū):非水平段(N<N0)的疲勞極限稱為條件疲勞極限,用表示。當(dāng)材料受到的工作應(yīng)力超過時,在疲勞破壞之前,只能經(jīng)受有限次的應(yīng)力循環(huán)。--壽命是有限的。1)無限壽命設(shè)計:N≥N0時的設(shè)計。?。?。2)有限壽命設(shè)計:N<N0時的設(shè)計。?。?。設(shè)計中常用的是疲勞曲線上的AB段,其方程為:(常數(shù))----稱為疲勞曲線方程顯然,B點的坐標(biāo)滿足AB的方程,即,代入上式得:則注:1)計算時,如N≥,則取N=。式中:——壽命系數(shù);m

—壽命指數(shù),其值見教材P17?!獕勖笖?shù),其值與零件材質(zhì)有關(guān),見教材P17。2)工程中常用的是對稱循環(huán)應(yīng)力(

=-1)下的疲勞極限,計算時,只須把和換成和即可。3)對于受切應(yīng)力的情況,則只需將各式中的換成即可。4)當(dāng)N<(~)時,因N較小,可按靜強度計算。二、極限應(yīng)力圖是在疲勞壽命N

一定時,表示疲勞極限與應(yīng)力比之間關(guān)系的線圖。疲勞壽命為(無限壽命)時的極限應(yīng)力圖如右圖所示。無限壽命極限應(yīng)力線極限應(yīng)力線上的點稱為極限應(yīng)力點。三個特殊點A、B、C分別為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)、以及靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力點。

極限應(yīng)力線上的每個點,都表示了某個應(yīng)力比下的極限應(yīng)力。

對于高塑性鋼,常將其極限應(yīng)力線簡化為折線ABDG。疲勞強度線AD段的方程為:式中:--等效系數(shù)。屈服強度線對于低塑性鋼或鑄鐵,其極限應(yīng)力線可簡化為直線AC。注:1)疲勞曲線的用途:在于根據(jù)確定某個循環(huán)次數(shù)N下的條件疲勞極限。2)極限應(yīng)力圖的用途:在于根據(jù)確定非對稱循環(huán)應(yīng)力下的疲勞極限以計算安全系數(shù)。

3)對于切應(yīng)力,只需將各式中的換成即可。第三節(jié)影響零件疲勞強度的主要因素前邊提到的各疲勞極限,實際上是材料的力學(xué)性能指標(biāo),是用試件通過試驗測出的。而實際中的各機械零件與標(biāo)準試件,在形體,表面質(zhì)量以及絕對尺寸等方面往往是有差異的。因此實際機械零件的疲勞強度與用試件測出的必然有所不同。影響零件疲勞強度的主要因素有以下三個:一、應(yīng)力集中的影響機械零件上的應(yīng)力集中會加快疲勞裂紋的形成和擴展。從而導(dǎo)致零件的疲勞強度下降。用疲勞缺口系數(shù)、(也稱應(yīng)力集中系數(shù))計入應(yīng)力集中的影響。(、的值見教材或有關(guān)手冊)注:當(dāng)同一剖面上同時有幾個應(yīng)力集中源時,應(yīng)采用其中最大的疲勞缺口系數(shù)進行計算。二、尺寸的影響零件的尺寸越大,在各種冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷,產(chǎn)生微觀裂紋等疲勞源的可能性(機會)增大。從而使零件的疲勞強度降低。用尺寸系數(shù)、,計入尺寸的影響。(、見教材或有關(guān)手冊)三、表面質(zhì)量的影響表面質(zhì)量:是指表面粗糙度及其表面強化的工藝效果。表面越光滑,疲勞強度可以提高。強化工藝(滲碳、表面淬火、表面滾壓、噴丸等)可顯著提高零件的疲勞強度。綜合影響系數(shù)試驗證明:應(yīng)力集中、尺寸和表面質(zhì)量都只對應(yīng)力幅有影響,而對平均應(yīng)力沒有明顯的影響。(即對靜應(yīng)力沒有影響)在計算中,上述三個系數(shù)都只計在應(yīng)力幅上,故可將三個系數(shù)組成一個綜合影響系數(shù):零件的疲勞極限為:用表面狀態(tài)系數(shù)、計入表面質(zhì)量的影響。(、的值見教材或有關(guān)手冊)屈服強度線

第四節(jié)受恒幅循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強度疲勞強度設(shè)計的主要內(nèi)容之一是計算危險剖面處的安全系數(shù),以判斷零件的安全程度。安全條件是:S≥。一、受單向應(yīng)力時零件的安全系數(shù)零件的極限應(yīng)力圖:疲勞強度線折線即為零件的極限應(yīng)力線。注:由于DG段屬于靜強度,而靜強度不受的影響,故不需修正。計算零件的疲勞強度時,應(yīng)首先求出零件危險剖面上的工作應(yīng)力。據(jù)此,在極限應(yīng)力圖中標(biāo)出工作應(yīng)力點N(,)在零件的極限應(yīng)力線上確定出相應(yīng)的極限應(yīng)力點,根據(jù)該極限應(yīng)力點表示的極限應(yīng)力和零件的工作應(yīng)力計算零件的安全系數(shù)。零件工作應(yīng)力的增長規(guī)律不同,則相應(yīng)的極限應(yīng)力點也不同。典型的應(yīng)力增長規(guī)律通常有三種:疲勞強度線的方程為:式中:、為上任意點的坐標(biāo),即零件的極限應(yīng)力。3、1、=C(常數(shù));2、;應(yīng)力增長規(guī)律線=C規(guī)律下的極限應(yīng)力點1、=C(常數(shù))(即=常數(shù))通過原點和工作應(yīng)力點N的射線即表示此種應(yīng)力增長規(guī)律。應(yīng)力增長規(guī)律線與零件極限應(yīng)力線的交點即為相應(yīng)的極限應(yīng)力點。根據(jù)工作應(yīng)力和點表示的極限應(yīng)力即可計算零件的安全系數(shù)。按最大應(yīng)力計算的安全系數(shù)為:≥注:1)應(yīng)力增長規(guī)律為時,按應(yīng)力幅計算的安全系數(shù)等與按最大應(yīng)力計算的安全系數(shù)。2)如按圖解法求安全系數(shù),則2、(常數(shù))應(yīng)力增長規(guī)律線規(guī)律下的極限應(yīng)力點3)如極限應(yīng)力點落在上,則需計算靜強度

安全系數(shù)計算公式見教材。3、(常數(shù))應(yīng)力增長規(guī)律線

安全系數(shù)計算公式見教材。注:對于有限壽命設(shè)計問題,須將各式中的和換成N次循環(huán)下的條件疲勞極限和。二、受復(fù)合應(yīng)力下的安全系數(shù)1塑性材料受彎扭復(fù)合應(yīng)力時的安全系數(shù)式中:、--為單向恒幅循環(huán)應(yīng)力下的安全系數(shù)。2低塑性和脆性材料受彎扭復(fù)合應(yīng)力時的安全系數(shù)第五節(jié)受變幅循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強度本節(jié)只介紹規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力下的疲勞強度計算方法。一、Miner法則--疲勞損傷線性累積假說

由最大應(yīng)力分別為、、的三個恒幅循環(huán)應(yīng)力構(gòu)成的規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力,如右圖所示。累積循環(huán)次數(shù)疲勞壽命--壽命損傷率顯然,在的單獨作用下,當(dāng),壽命損傷率=1時,就會發(fā)生疲勞破壞。Minger法則:在規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力中各應(yīng)力的作用下,損傷是獨立進行的,并且可以線性地累積成總損傷。當(dāng)各應(yīng)力的壽命損傷率之和等于1時,則會發(fā)生疲勞破壞。即:上式即為Miner法則的數(shù)學(xué)表達式,亦即疲勞損傷線性累積假說。注:在計算時,對于小于的應(yīng)力,可不考慮。二、疲勞強度設(shè)計損傷等效根據(jù)Miner法則,將規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力等效恒幅循環(huán)應(yīng)力(簡稱等效應(yīng)力)--等效應(yīng)力的大?。刃аh(huán)次數(shù)用表示等效應(yīng)力的疲勞壽命。損傷等效即為:的壽命損傷率=各應(yīng)力的壽命損傷率之和。即:由疲勞曲線方程可知:代入上式得:等效計算有兩種方法等效循環(huán)次數(shù)法等效應(yīng)力法(只介紹這種方法)(可看作是等效方程)等效循環(huán)次數(shù)法這種方法是首先人為選定,之后,將選定的代入上式計算出。則將上式求出的代入疲勞曲線方程即可求出下的條件疲勞極限則

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論