材料力學(xué)-11交變應(yīng)力（結(jié)束）ppt課件

1、111 概述概述112 交變應(yīng)力的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)交變應(yīng)力的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)113 資料耐久限及其測(cè)定資料耐久限及其測(cè)定114 構(gòu)件耐久限及其計(jì)算構(gòu)件耐久限及其計(jì)算115 對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算11 概概 述述一、交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化，這一、交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化，這 種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。折鐵絲折鐵絲PPPP動(dòng)載荷動(dòng)載荷/交變應(yīng)力交變應(yīng)力以火車輪軸為例：以火車輪軸為例： PPmnAt 12341A點(diǎn)應(yīng)力：點(diǎn)應(yīng)力：1-2-3-4-1000minmax tA 二、疲勞破壞的開展過(guò)程二、疲勞破壞的開展過(guò)程

2、: :1.亞構(gòu)造和顯微構(gòu)造發(fā)生變化，從而永久損傷形核。2.產(chǎn)生微觀裂紋。3.微觀裂紋長(zhǎng)大并合并，構(gòu)成“主導(dǎo)裂紋。4.宏觀主導(dǎo)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展。5.構(gòu)造失穩(wěn)或完全斷裂。資料在交變應(yīng)力下的破壞，習(xí)慣上稱為疲勞破壞。動(dòng)載荷動(dòng)載荷/交變應(yīng)力交變應(yīng)力三、疲勞破壞的特點(diǎn)：三、疲勞破壞的特點(diǎn)：1、交變應(yīng)力下構(gòu)件的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于靜載荷作用下的強(qiáng)度極限、交變應(yīng)力下構(gòu)件的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于靜載荷作用下的強(qiáng)度極限 ， 甚至小于屈服極限甚至小于屈服極限 。bs2、破壞時(shí)，不論是脆性資料和塑性資料，均無(wú)明顯的塑性變形，、破壞時(shí)，不論是脆性資料和塑性資料，均無(wú)明顯的塑性變形， 且為忽然斷裂，通常稱疲勞破壞。且為忽然斷裂，通常稱疲勞破壞。

3、3、疲勞破壞的斷口，可分為光滑區(qū)及晶粒粗糙區(qū)。在光滑區(qū)可、疲勞破壞的斷口，可分為光滑區(qū)及晶粒粗糙區(qū)。在光滑區(qū)可 見(jiàn)到微裂紋的起始點(diǎn)疲勞源，周圍為中心逐漸向周圍擴(kuò)見(jiàn)到微裂紋的起始點(diǎn)疲勞源，周圍為中心逐漸向周圍擴(kuò) 展的弧形線。展的弧形線。動(dòng)載荷動(dòng)載荷/交變應(yīng)力交變應(yīng)力四、疲勞破壞產(chǎn)生的機(jī)理：四、疲勞破壞產(chǎn)生的機(jī)理： 交變應(yīng)力超越一定的限制，在構(gòu)件上應(yīng)力集中處，產(chǎn)生微裂交變應(yīng)力超越一定的限制，在構(gòu)件上應(yīng)力集中處，產(chǎn)生微裂紋，再向周圍擴(kuò)展，構(gòu)成宏觀裂紋，而不斷擴(kuò)展。擴(kuò)展中裂紋表紋，再向周圍擴(kuò)展，構(gòu)成宏觀裂紋，而不斷擴(kuò)展。擴(kuò)展中裂紋表面摩擦，構(gòu)成光滑區(qū)；隨著裂紋的擴(kuò)展，構(gòu)成弧形。當(dāng)外表被削面摩擦，構(gòu)成光

4、滑區(qū)；隨著裂紋的擴(kuò)展，構(gòu)成弧形。當(dāng)外表被削弱至不能接受所加載荷而斷裂，即為脆斷粗糙區(qū)。弱至不能接受所加載荷而斷裂，即為脆斷粗糙區(qū)。疲勞破壞產(chǎn)生的過(guò)程可概括為：疲勞破壞產(chǎn)生的過(guò)程可概括為：裂紋構(gòu)成裂紋構(gòu)成 裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展 斷裂斷裂1、應(yīng)力循環(huán)、應(yīng)力循環(huán):一點(diǎn)的應(yīng)力由某一數(shù)值開場(chǎng)，經(jīng)過(guò)一次完好的變一點(diǎn)的應(yīng)力由某一數(shù)值開場(chǎng)，經(jīng)過(guò)一次完好的變 化又回到這一數(shù)值的一個(gè)過(guò)程?；只氐竭@一數(shù)值的一個(gè)過(guò)程。t Tminmaxma最大應(yīng)力：最大應(yīng)力： max；最小應(yīng)力：最小應(yīng)力： min ；平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：2minmaxm應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：2minmaxa循環(huán)特征：循環(huán)特征：,maxminr且且11r112

5、 交變應(yīng)力的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)交變應(yīng)力的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)動(dòng)載荷動(dòng)載荷/交變應(yīng)力交變應(yīng)力以上五個(gè)特征值中，只需二個(gè)是獨(dú)立的。滿足以上五個(gè)特征值中，只需二個(gè)是獨(dú)立的。滿足ammaxammin詳細(xì)描畫一種交變應(yīng)力，可用最大應(yīng)力詳細(xì)描畫一種交變應(yīng)力，可用最大應(yīng)力 和循環(huán)應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力r， 或用平均應(yīng)力或用平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅值和應(yīng)力幅值 。 maxma2、幾種典型的交變應(yīng)力情況、幾種典型的交變應(yīng)力情況maxmina不穩(wěn)定的交變應(yīng)力：不穩(wěn)定的交變應(yīng)力： 、 不是常量，不是常量， 為變化的為變化的 不等幅情況。不等幅情況。穩(wěn)定的交變應(yīng)力：穩(wěn)定的交變應(yīng)力： 、 均不變，均不變， 為常數(shù)為常數(shù) 等幅情況；等幅情況；max

6、mina1對(duì)稱循環(huán)：如受彎的車軸對(duì)稱循環(huán)：如受彎的車軸t maxminaminmax0mminmaxa1rt 0minmax2minmaxa2minmaxmmaxminr ，2非對(duì)稱循環(huán)非對(duì)稱循環(huán) ：)1(ra脈動(dòng)循環(huán)：如齒輪脈動(dòng)循環(huán)：如齒輪t maxmaam22max0min0rb靜應(yīng)力：如拉壓桿靜應(yīng)力：如拉壓桿mminmax0at mminmax0a1rMPa5610115. 05830042maxmaxAPMPa2 .5370115. 05580042minminAPMPa1225375612minmaxaMPa54925375612minmaxm957. 0561537maxminr例

7、例1 1 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿大頭螺釘任務(wù)時(shí)最大拉力發(fā)動(dòng)機(jī)連桿大頭螺釘任務(wù)時(shí)最大拉力Pmax =58.3kNPmax =58.3kN，最小拉，最小拉力力Pmin =55.8kN Pmin =55.8kN ，螺紋內(nèi)徑為，螺紋內(nèi)徑為 d=11.5mmd=11.5mm，試求，試求 a a 、m m 和和 r r。解：113 資料耐久限及其測(cè)定資料耐久限及其測(cè)定一、資料耐久限一、資料耐久限( (疲勞極限疲勞極限) )： 循環(huán)應(yīng)力只需不超越某個(gè)循環(huán)應(yīng)力只需不超越某個(gè)“最大限制最大限制, ,構(gòu)件就可以閱歷無(wú)構(gòu)件就可以閱歷無(wú)數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，這個(gè)限制值稱為數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，這個(gè)限制值稱為“疲勞極限，疲

8、勞極限，用用 r r 表示。表示。二、二、 N N 曲線應(yīng)力曲線應(yīng)力壽命曲線：壽命曲線：N0循環(huán)基數(shù)。r資料耐久限。A名義耐久限。N(次數(shù))NAArN0114 構(gòu)件耐久限及其計(jì)算構(gòu)件耐久限及其計(jì)算一、構(gòu)件耐久限一、構(gòu)件耐久限 r 0 r 0 r0 與 r 的關(guān)系：1. K 有效應(yīng)力集中系數(shù)：krdrK)()(件的持久限同尺寸有應(yīng)力集中的試的持久限無(wú)應(yīng)力集中的光滑試件2. 尺寸系數(shù)：rr)(光滑小試件的持久限限大尺寸光滑試件的持久rrK03. 外表質(zhì)量系數(shù)：drr)()(光滑試件持久限構(gòu)件持久限 假設(shè)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

9、可查表而得。rrK0例例2 2 階梯軸如圖，資料為鉻鎳合金鋼，階梯軸如圖，資料為鉻鎳合金鋼， b=920MPab=920MPa， 1= 420MPa 1= 420MPa ， 1= 250MPa 1= 250MPa ，分別求出彎曲和改動(dòng)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)和，分別求出彎曲和改動(dòng)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)。尺寸系數(shù)。解：1.彎曲時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)25. 14050dD125. 0405dr55. 1, MPa1000:Kb時(shí)當(dāng)由圖表查有效應(yīng)力集中系數(shù)55. 1, MPa900:Kb時(shí)當(dāng)55. 1, MPa920:Kb時(shí)當(dāng)77. 0由表查尺寸系數(shù)f50f40r=528. 1 , MP

10、a1000:Kb時(shí)當(dāng)25. 1 MPa900:Kb時(shí)，當(dāng)，時(shí)當(dāng) MPa920:b26. 1)900920(90010025. 128. 125. 1K81. 02.改動(dòng)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)由圖表查有效應(yīng)力集中系數(shù)運(yùn)用直線插值法由表查尺寸系數(shù)115 對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、對(duì)稱循環(huán)的疲勞允許應(yīng)力一、對(duì)稱循環(huán)的疲勞允許應(yīng)力: :1011 1Knn二、對(duì)稱循環(huán)的疲勞強(qiáng)度條件二、對(duì)稱循環(huán)的疲勞強(qiáng)度條件: :1max例例3 3 旋轉(zhuǎn)碳鋼軸上，作用一不變的力偶旋轉(zhuǎn)碳鋼軸上，作用一不變的力偶 M=0.8kNm M=0.8kNm，軸外表經(jīng)，軸外表經(jīng)過(guò)精車，過(guò)精車， b=600MPa b=600MPa， 1= 250MPa1= 250MPa，規(guī)定，規(guī)定 n=1.9 n=1.9，試校核軸，試校核軸的強(qiáng)度。的強(qiáng)度。解： 確定危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力及循環(huán) 特征minmaxWMMPa2 .6505.