材料力學(xué)課件-11交變應(yīng)力(結(jié)束)

材料力學(xué)課件ppt-11交變應(yīng)力(結(jié)束)目錄交變應(yīng)力的概念交變應(yīng)力的影響交變應(yīng)力的計算交變應(yīng)力的緩解措施交變應(yīng)力的應(yīng)用01交變應(yīng)力的概念在材料力學(xué)中，交變應(yīng)力是指應(yīng)力隨時間周期性變化的應(yīng)力狀態(tài)。交變應(yīng)力交變應(yīng)力通常是由于外部載荷的周期性變化引起的，例如旋轉(zhuǎn)機械中的離心力、往復(fù)運動中的慣性力等。產(chǎn)生原因交變應(yīng)力的大小和方向隨時間做周期性變化，其大小和方向的變化具有重復(fù)性和規(guī)律性。特點交變應(yīng)力的定義正弦交變應(yīng)力正弦交變應(yīng)力是指應(yīng)力隨時間按正弦函數(shù)規(guī)律變化的應(yīng)力狀態(tài)。它是交變應(yīng)力中最簡單的一種形式，常用于理論分析和計算。非正弦交變應(yīng)力非正弦交變應(yīng)力是指應(yīng)力隨時間按其他函數(shù)規(guī)律變化的應(yīng)力狀態(tài)，例如方波、三角波等。在實際工程中，非正弦交變應(yīng)力也廣泛存在，如沖擊載荷、瞬態(tài)載荷等。交變應(yīng)力的分類疲勞破壞在交變應(yīng)力的作用下，材料會發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞是指材料在低于其屈服強度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過多次循環(huán)加載后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞破壞是一種常見的機械失效形式，具有極大的危害性。持久性交變應(yīng)力是持久性的應(yīng)力狀態(tài)，其大小和方向隨時間不斷變化。這種持久性的應(yīng)力狀態(tài)會導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷和累積，最終導(dǎo)致材料的失效和斷裂。影響因素交變應(yīng)力的影響與多種因素有關(guān)，如應(yīng)力幅值、頻率、加載順序、溫度等。這些因素對材料的疲勞壽命和機械性能有著重要的影響。交變應(yīng)力的特點02交變應(yīng)力的影響交變應(yīng)力引起的疲勞損傷累積會導(dǎo)致材料脆化，降低其承受載荷的能力。交變應(yīng)力作用下，材料的彈性模量會發(fā)生變化，影響其剛度和穩(wěn)定性。交變應(yīng)力會降低材料的屈服強度和極限強度，使材料在較低的應(yīng)力水平下發(fā)生屈服或斷裂。對材料強度的影響交變應(yīng)力會導(dǎo)致材料的疲勞裂紋萌生和擴展，縮短其疲勞壽命。交變應(yīng)力的大小和變化頻率對材料的疲勞壽命有顯著影響，高頻率的交變應(yīng)力會導(dǎo)致更快的疲勞斷裂。材料的疲勞壽命還與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷有關(guān)，如夾雜物、空洞等，這些缺陷在交變應(yīng)力作用下容易引發(fā)疲勞裂紋。對材料疲勞壽命的影響交變應(yīng)力會導(dǎo)致材料的動態(tài)斷裂，即材料在斷裂前產(chǎn)生明顯的塑性變形。交變應(yīng)力會使材料的斷裂韌性降低，使其更容易發(fā)生脆性斷裂。交變應(yīng)力作用下的材料斷裂行為與溫度、加載速率等因素有關(guān)，不同條件下斷裂形態(tài)和機理可能不同。對材料斷裂行為的影響03交變應(yīng)力的計算交變應(yīng)力的最大值和最小值可以通過實驗或有限元分析等方法獲得，它們反映了材料在交變應(yīng)力作用下的最大和最小受力狀態(tài)。交變應(yīng)力的最大值和最小值交變應(yīng)力的平均值可以通過對一段時間內(nèi)的應(yīng)力變化進行積分，然后除以時間間隔來獲得，它反映了材料在交變應(yīng)力作用下的平均受力狀態(tài)。交變應(yīng)力的平均值交變應(yīng)力的幅值計算交變應(yīng)力的周期可以通過觀察應(yīng)力隨時間的變化曲線來確定，它反映了應(yīng)力變化一次所需要的時間。交變應(yīng)力的周期交變應(yīng)力的頻率可以通過周期除以單位時間來獲得，它反映了單位時間內(nèi)應(yīng)力變化的次數(shù)。交變應(yīng)力的頻率交變應(yīng)力的頻率計算平均應(yīng)力的計算方法平均應(yīng)力的計算方法有多種，如算術(shù)平均法、幾何平均法等，具體方法應(yīng)根據(jù)實際情況選擇。平均應(yīng)力對材料性能的影響平均應(yīng)力對材料的疲勞性能、蠕變性能等有重要影響，是評估材料在交變應(yīng)力作用下的耐久性和可靠性的重要指標(biāo)。交變應(yīng)力的平均應(yīng)力計算04交變應(yīng)力的緩解措施選擇具有較高疲勞強度的材料，降低交變應(yīng)力的幅值。合理選擇材料優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計減小應(yīng)力集中通過改進結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少應(yīng)力集中和降低交變應(yīng)力的幅值。避免結(jié)構(gòu)中存在應(yīng)力集中區(qū)域，如銳角、缺口等，以降低交變應(yīng)力的幅值。030201降低應(yīng)力幅值

提高材料的疲勞強度選用高疲勞強度的材料選擇具有高疲勞強度的材料，提高材料對交變應(yīng)力的承受能力。表面強化處理對材料表面進行強化處理，如噴丸、滲碳淬火等，以提高材料的疲勞強度。改善材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過細化材料晶粒、消除內(nèi)部缺陷等手段，改善材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高其疲勞強度。合理布置結(jié)構(gòu)，避免過度的局部應(yīng)力集中，降低交變應(yīng)力的幅值。優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局通過減輕結(jié)構(gòu)重量，降低交變應(yīng)力的幅值，同時減少疲勞損傷。減輕結(jié)構(gòu)重量在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，考慮結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼比，以降低交變應(yīng)力的幅值。考慮動態(tài)設(shè)計優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計05交變應(yīng)力的應(yīng)用在機械工程中，許多結(jié)構(gòu)和零部件在交變應(yīng)力作用下會發(fā)生疲勞失效。通過研究交變應(yīng)力與疲勞壽命之間的關(guān)系，可以制定疲勞強度設(shè)計準(zhǔn)則，提高機械設(shè)備的可靠性和壽命。疲勞強度設(shè)計交變應(yīng)力與振動之間存在密切關(guān)系。通過分析機械系統(tǒng)的振動響應(yīng)，可以了解交變應(yīng)力對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的影響，進而優(yōu)化機械系統(tǒng)的設(shè)計和性能。振動分析在機械工程中的應(yīng)用在航空航天工程中的應(yīng)用飛機結(jié)構(gòu)強度航空航天器在飛行過程中會受到交變應(yīng)力的作用，如氣動載荷和慣性力。為了確保飛行的安全，需要對飛機結(jié)構(gòu)進行詳細的強度分析和疲勞壽命評估。航天器熱防護在航天器再入大氣層的過程中，表面材料會受到高溫和交變應(yīng)力的作用。為了保護航天器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和儀器，需要研究材料的熱疲勞性能和抗熱沖擊能力。橋梁疲勞壽命橋梁結(jié)構(gòu)在車輛載荷和風(fēng)載荷的作用下會產(chǎn)生交變應(yīng)力。為了確保橋梁的安全性和耐久性，需要評估橋梁的疲勞壽命并采