材料力学第11章(交变应力)ppt课件.ppt

,材料力学,第十一章 交变应力,第十一章 交变应力,111 交变应力与疲劳失效112 交变应力的几个名词术语113 持久极限,114 影响持久极限的因素115 对称循环下构件的疲劳强度计算,一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，这 种应力称为交变应力。,11 交变应力与疲劳失效,材料在交变应力作用下，在长期的反复之后，构件会在低于屈服极限的情况下发生破坏，习惯上称为疲劳破坏。,二、疲劳破坏的发展过程:,1.亚结构和显微结构发生变化，从而永久损伤形核。,2.产生微观裂纹。,3.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。,4.宏观主导裂纹稳定扩展。,5.结构失稳或完全断裂。,材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。,三、疲劳破坏的特点:,2.断裂发生要经过一定的循环次数,3.破坏均呈脆断,4.“断口”分区明显。（光滑区和粗糙区）,一、循环特征：,三、应力幅：,二、平均应力：,t,s,112 交变应力的几个名词术语,四、几种特殊的交变应力：,1.对称循环：,2.脉动循环：,3.静应力：,-1r1,例1 发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN,螺纹内径为 d=11.5mm，试求 a、m 和 r。,解：,一、材料持久极限(疲劳极限)：,113 持久极限,循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称为疲劳极限或持久极限。,对称循环的持久极限记为-1,下标-1表示r=-1。,二、疲劳试验,疲劳试验机,三、N 曲线（应力寿命曲线）：,-1对称循环的持久极限,1.构件外形的影响,114 影响持久极限的因素,1.构件外形的影响,114 影响持久极限的因素,1.构件外形的影响,114 影响持久极限的因素,K 称为有效应力集中系数，,1,图11.8（P349）,2.构件尺寸的影响,称为尺寸系数,1,图11.1（P352）,3.构件表面质量的影响,称为表面质量系数,如果循环应力为剪应力，将上述公式中的正应力换为剪应力即可。,上述各系数均可查表而得。,对称循环下，构件的持久限：,例2 阶梯轴如图，材料为铬镍合金钢，b=920MPa，1=420MPa，1=250MPa，分别求出弯曲和扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数。,解：1.弯曲时的有效应力集中系数和尺寸系数,由图表查有效应力集中系数,由表查尺寸系数,2.扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数,由图表查有效应力集中系数,应用直线插值法,由表查尺寸系数,一、对称循环的疲劳许用应力:,二、对称循环的疲劳强度条件:,115 对称循环下构件的疲劳强度计算,例3 旋转碳钢轴上，作用一不变的力偶 M=0.8kNm，轴表面经过精车，b=600MPa，1=250MPa，规定 n=1.9，试校核轴的强度。,解：确定危险点应力及循环特征,为对称循环,M,M,强度校核,查图表求各影响系数，计算构件持久限。,求K：,求：查图得,查图得,求：表面精车，=0.94,安全,1110 提高构件疲劳强度的措施,1.减小应力集中的影响,合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。,应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。,措施：1)用圆角过渡；,R,2)尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;,3)采取增加卸载槽、增大轴径、过渡肩环、凹切圆角等措施也可以减小过盈配合处的局部应力。,轴上开卸载槽应力集中系数可减少40%,轮上开卸载槽应力集中系数可减少1525%,增大轴的直径应力集中系数可减少3040%,30,凹切圆角,过渡肩环,2.降低表面粗糙度,表面愈粗糙疲劳强度愈低,表面强化处理的方法有：,表面高频淬火；,表面渗碳、氰化、氮化等化学处理；,碾压、喷丸等强化处理。,通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力，从而提高轴的疲劳能力。,3.增加表层强度,本章结束,