交變應(yīng)力32概要課件

1、10.4 交變應(yīng)力10.4.1 交變應(yīng)力火車輪軸上的力F表示來自車箱的力，大小和方向基本不變。即彎矩基本不變。FFtzA橫截面上點(diǎn)A 到中性軸的距離卻是隨時間 t 變化的。假設(shè)軸以勻角速度 轉(zhuǎn)動。A的彎曲正應(yīng)力為： 是隨時間 t 按正弦曲線變化的交變應(yīng)力 ：隨時間作周期性變化的應(yīng)力。10.4 交變應(yīng)力10.4.1 交變應(yīng)力火車輪軸上1、金屬材料在交變應(yīng)力作用下的破壞有以下特點(diǎn)：（1）交變應(yīng)力的破壞應(yīng)力值一般低于靜載荷作用下的強(qiáng)度極限值，但經(jīng)歷時間長。 （2）無論是脆性還是塑性材料，交變應(yīng)力作用下均表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯塑性變形。（3）斷口表面可明顯區(qū)分為光滑區(qū)與粗糙區(qū)兩部分。裂紋萌生裂紋擴(kuò)展擴(kuò)

2、展到臨界尺寸瞬時斷裂2、疲勞過程一般分三個階段：粗糙區(qū)裂紋源光滑區(qū)1、金屬材料在交變應(yīng)力作用下的破壞有以下特點(diǎn)：（1）交變應(yīng)力 交變應(yīng)力的疲勞破壞與靜應(yīng)力下的破壞有很大差異，故表征材料抵抗交變應(yīng)力破壞能力的強(qiáng)度指標(biāo)也不同。下圖為交變應(yīng)力下具有代表性的 正應(yīng)力時間曲線。 交變應(yīng)力的循環(huán)特征、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力基本參數(shù)應(yīng)力每重復(fù)變化一次，稱為一個應(yīng)力循環(huán)。 r 表示交變應(yīng)力的 循環(huán)特征或應(yīng)力比o一個應(yīng)力循環(huán)maxmin 交變應(yīng)力的疲勞破壞與靜應(yīng)力下的破壞有很大差異，在拉、壓或彎曲交變應(yīng)力下在扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力下o一個應(yīng)力循環(huán)maxmin 最大應(yīng)力和最小應(yīng)力的差值，稱為交變應(yīng)力的 應(yīng)力幅a 。最大應(yīng)力 與最

3、小應(yīng)力的平均值叫平均應(yīng)力，以m 表示。 在拉、壓或彎曲交變應(yīng)力下在扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力下o一個應(yīng)力循環(huán)ma注意最大應(yīng)力和最小應(yīng)力都是代正負(fù)號的，這里以 絕對值較大者為最大應(yīng)力，并規(guī)定它為正號，而與正號應(yīng)力反向的最小應(yīng)力則為負(fù)號。1、在交變應(yīng)力下若最大應(yīng)力與最小應(yīng)力等值而反號 （ min = - max 或 min = - max ）r= -1 時的交變應(yīng)力，稱為 對稱循環(huán) 交變應(yīng)力。2、 時的交變應(yīng)力，稱為 非對稱循環(huán) 交變應(yīng)力。（1）若非對稱循環(huán)交變應(yīng)力中的最小應(yīng)力等于零（ min）r=0 的交變應(yīng)力，稱為 脈動循環(huán) 交變應(yīng)力。注意最大應(yīng)力和最小應(yīng)力都是代正負(fù)號的，這里以 絕對值較大者為omaxmi

4、n=0脈動循環(huán)（3）構(gòu)件在靜應(yīng)力下，各點(diǎn)處的應(yīng)力保持恒定，即 max= min 。omaxmin對稱循環(huán)（2）r 0 為同號應(yīng)力循環(huán)； r n,所以疲勞強(qiáng)度是足夠的.（4）靜強(qiáng)度校核 因?yàn)閞0.20，所以需要校核靜強(qiáng)度 最大應(yīng)力對屈服極限的工作安全因數(shù)為 所以靜強(qiáng)度也是滿足的.（3）疲勞強(qiáng)度校核 規(guī)定的安全因數(shù)為n2. 10.5.3 彎扭組合交變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算 彎扭組合對稱循環(huán)下的強(qiáng)度條件 其中 是單一彎曲對稱循環(huán)下的安全因數(shù)是單一扭轉(zhuǎn)對稱循環(huán)下的安全因數(shù)10.5.3 彎扭組合交變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算 彎扭組合對稱循環(huán)例題7 階梯軸的尺寸如圖所示.材料為合金鋼,sb=900MPa, s-1=410M

5、Pa,t-1=240MPa.作用于軸上的彎矩變化于-1000Nm到+1000Nm之間,扭矩變化于0到1500Nm之間.若規(guī)定安全因數(shù)n=2,試校核軸的疲勞強(qiáng)度.R5TTMM50600.40.4解: （1）計(jì)算軸的工作應(yīng)力. 首先計(jì)算交變彎曲正應(yīng)力及其循環(huán)特征例題7 階梯軸的尺寸如圖所示.材料為合金鋼,sb=900其次計(jì)算交變扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力及其循環(huán)特征其次計(jì)算交變扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力及其循環(huán)特征（2）確定各種因數(shù)根據(jù)由圖11.8b查得由圖11.8d查得 由于名義應(yīng)力smax是按照軸直徑等于50mm計(jì)算的,所以尺寸因數(shù)也應(yīng)按照軸直徑等于50mm來確定由表11.1查得由表11.2查得對合金鋼?。?）確定各種因數(shù)根

6、據(jù)由圖11.8b查得由圖11.8d查得 （3）計(jì)算彎曲工作安全因數(shù)ns和扭轉(zhuǎn)工作安全因數(shù)nt（4）計(jì)算彎扭組合交變應(yīng)力下,軸的工作安全因數(shù)nst 所以滿足疲勞強(qiáng)度條件（3）計(jì)算彎曲工作安全因數(shù)ns和扭轉(zhuǎn)工作安全因數(shù)nt（4）計(jì)10.6 提高構(gòu)件抗沖擊和疲勞的措施10.6.1 提高抗沖擊的措施提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施：前面的分析表明，沖擊時構(gòu)件中動應(yīng)力的大小與動荷載系數(shù)有關(guān)，所以，要提高構(gòu)件的抗沖擊能力，主要從降低沖擊動荷系數(shù)著手。從動荷系數(shù)的計(jì)算公式(10-4)可知，被沖擊構(gòu)件的靜位移愈大，動荷系數(shù)愈小。這是因?yàn)楫a(chǎn)生較大靜位移的構(gòu)件，其剛度較小，能吸收較多的沖擊能量，從而增大構(gòu)件的緩沖能力。所

7、以，減小構(gòu)件剛度可以達(dá)到降低沖擊動應(yīng)力的目的。但是，如果采用縮減截面尺寸的方法來減小構(gòu)件剛度，則又會使應(yīng)力增大，其結(jié)果未必能達(dá)到降低沖擊動應(yīng)力的目的。因此，工程上往往是在受沖擊構(gòu)件上增設(shè)緩沖裝置，如緩沖彈簧、橡膠墊、彈性支座等。這樣既能減小整體剛度，又不增大構(gòu)件中的應(yīng)力。 10.6 提高構(gòu)件抗沖擊和疲勞的措施10.6.1 提高10.6.2 提高疲勞強(qiáng)度的措施提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，就是提高構(gòu)件各部位的許用應(yīng)力范圍。由式(11-12)畫出各類構(gòu)件和連接的-N曲線，比較圖中各類別的-N曲線可知，類別號越低，疲勞強(qiáng)度越高。為了提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)和制造構(gòu)件時，應(yīng)盡量選擇類別號較低的構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)

8、形式和制造工藝。因?yàn)槠诹鸭y大多發(fā)生在有應(yīng)力集中的部位、焊縫及構(gòu)件表面，所以，一般來說，提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度應(yīng)從減緩應(yīng)力集中、提高加工質(zhì)量等方面入手:(1) 合理設(shè)計(jì)構(gòu)件形狀，減緩應(yīng)力集中。構(gòu)件上應(yīng)避免出現(xiàn)有內(nèi)角的孔和帶尖角的槽；在截面變化處，應(yīng)使用較大的過渡圓角或斜坡；在角焊縫處，應(yīng)采用坡口焊接。10.6.2 提高疲勞強(qiáng)度的措施提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，就是提(2) 選擇合適的焊接工藝，提高焊接質(zhì)量。要保證較高的焊接質(zhì)量，最好的方法是采用自動焊接設(shè)備。(3) 提高構(gòu)件表面質(zhì)量。制造中，應(yīng)盡量降低構(gòu)件表面的粗糙度；使用中，應(yīng)盡量避免構(gòu)件表面發(fā)生機(jī)械損傷和化學(xué)損傷(如腐蝕、銹蝕等)。(4) 增加表層強(qiáng)度。適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行表層強(qiáng)化處理，可以顯著提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。如采用高頻淬火熱處理方法，滲碳、氮化等化學(xué)處理方法，滾