材料力学精品课件：New chapter13.ppt

1、13,交变应力,材 料 力 学,第十三章 交 变 应 力,13.1 概述,13.2 交变应力的有关参数,13.3 材料的持久极限,13.4 构件的持久极限,13.5 对称循环下构件的疲劳强度计算,13.6 提高构件疲劳强度的主要措施,13.6 持久极限曲线及其简化,13.7 非对称循环下构件的,疲劳强度计算,13.8 弯扭组合交变应力下,构件的疲劳强度计算,13.9 提高构件疲劳强度,的主要措施,一、什么叫交变应力？,13-1 概 述,应力随时间作周期性交替变化的应力叫作交变应力。,二、疲劳破坏及其特点,疲劳破坏,疲劳破坏的特点,1. 脆断,2. 无明显塑性变形,突然脆断,3. 断口分成两个区

2、域,三、疲劳破坏的原因及危害,疲劳破坏的原因,应力集中,交变应力,脆断,疲劳破坏的危害,！后 果 严 重,13.2 交变应力的有关参数,一.参数,1.循环特征r,当r = 1时对称循环,除r =1外非对称循环,2.平均应力,3.应力幅,4.,表示法,5关系,五个参数,只有两个是独立的,当在循环过程中,保持不变 稳定的交变应力,二、几种典型的交变应力,对称循环,脉动循环,静应力,t,非对称循环一般情况,13.3 材料的持久极限,一、材料的持久极限,实践表明，在交变应力工作下构件，最大工作应力低于屈服极限就可能发生疲劳破坏。,承受交变应力的试件，在疲劳破坏前所经历的应力循环次数称为持久寿命，用N表

3、示。,N与max有关， max越大，N越小， max越小，N越大。通常将试件经受无限多次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力的最高限称为材料的持久极限。用r表示。,以低碳钢在对称循环下：,拉 (压),弯 曲,扭 转,同一种基本变形下的r ( r), -1最低。,二.对称循环时材料持久极限的测定,纯弯曲疲劳试验,取一组标准尺寸光滑小试件810根,第一根试件,循环N1,第二根试件,比第一根减小2040MPa,循环N2,N0循环基数,对称循环下材料的持久极限。,N0 1,持久极限材料经无限次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力。,13.4 构件的持久极限,材料的持久极限sr,标准光滑小试件试验测得,相同

4、材料构件的持久极限 0r, 0rr,一.影响构件的持久极限 0r的因素,1.构件的外形影响,2.构件尺寸的影响,3.构件表面质量影响,对称循环下，拉（压）、弯 曲 、扭转,1.构件的外形影响,应力集中,外形（孔、槽、台阶）,有效应力集中系数Ks、K,尺寸系数es,相同sb，横截面尺寸增大，持久极限降低。,2.构件尺寸的影响,对称循环下，,3.构件表面质量影响,忽略次要因素：工作环境（温度、介质等）载荷频率等,表面质量系数b, 1, 1,对称循环下，,二.构件持久极限表达式,对称循环下，,13.5 对称循环下构件的 疲劳强度计算,材料的持久极限s-1,构件的持久极限s 0-1,构件工作时的最大应

5、力smax,采用安全系数法,写成,对称循环下，构件具有无限寿命的 疲劳强度公式。,13.6 持久极限曲线及其简化,材料的持久极限曲线,相同材料 不同 r 相同N0,同一射线上的各点具有相同,的循环特性,sa,sm,(sb, 0),(0,s-1),B,A,o,二、持久极限曲线的简化,折线型(三点式),敏感系数，,与材料有关,C,13.7 非对称循环下构件的疲劳强度计算,一、构件的持久极限简化折线,构件的持久极限,材料的持久极限,影响构件持久极限的主要因素,其只影响应力幅,注意,EFB 构件的持久极限简化折线,二.非对称循环下构件疲劳强度计算公式,实践表明：疲劳破坏多发生在,范围内,即EF段。,由

6、几何关系可推得：,三、屈服强度条件,屈服条件：,（LJ为塑性破坏的控制线）,当r 0时， 较大。,可能先屈服破坏。,EKJ内_不疲劳、不屈服,KJ_屈服限,EK_疲劳限,射线与K J相交，按静强度校核，屈服强度条件,一般规定的疲劳、屈服安全系数不同，故当r0时需两个方面都算。,o,循环特征r 确定的射线与EK 相交，应对构件进行疲劳校核，,Mmax=5Mmin=502N.m,例3 已知,s=540MPa,-1=430MPa, =0.2,n=2,ns=1.5,试校核强度,解：1）计算圆杆工作应力,b=950MPa,1）计算圆杆工作应力,2）求循环特征r及m, a,3)确定系数K，,根据圆杆尺寸d

7、0/d=2/40=0.05，b=950MPa,查得 K=2.18， =1.0 ， =0.77,满足疲劳强度,5）静强度校核,因为r=0.20, 所以需要校核静强度。,安全系数, 满足静强度条件,此杆满足强度条件,由 算出最大应力时屈服的工作,13.8 弯扭组合交变应力下构件的疲劳强度计算,一、概述,弯扭组合是工程中最常见的组合变形,弯曲正应力按对称循环,时开时停按脉动循环,正、反转按对称循环,扭转切应力,二、弯扭组合构件疲劳强度计算公式,实验结果：弯扭对称循环联合作用时，,弯扭组合疲劳强度条件为,对非对称循环（r0)时,还需计算屈服强度计算,r 为危险点的相当应力,即,13.9 提高构件疲劳强度的主要措施,要从影响构件疲劳强度的因素入手。,疲劳裂纹的形成,1、构件外形避免方型直角尖角的孔尖角的槽,2、增大过渡圆角半径 3、开减荷槽、退刀槽,2、强化表层 通过各种工艺手段,（渗碳、氮化、喷丸）,主要目的： 避免裂纹源的出现。,1、加工质量 降低表面粗糙度。,谢谢!,