材料力學第九章交變應(yīng)力1.ppt

,第十一章 交變應(yīng)力,材料力學,第十四章 疲勞強度,111 交變應(yīng)力與疲勞失效 112 交變應(yīng)力的幾個名詞術(shù)語 113 材料持久限及其測定,114 構(gòu)件持久限及其計算 115 對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算 116 非常溫靜載下材料力學性能簡介,交變應(yīng)力：隨時間周期性變化的應(yīng)力。,11-1 交變應(yīng)力與疲勞失效,齒輪傳動：齒輪嚙合點處的應(yīng)力隨時間作周期性變化，這 種應(yīng)力就是交變應(yīng)力。,折鐵絲,應(yīng)力循環(huán)：交變應(yīng)力每重復變化一次的過程。,疲勞強度：抵抗疲勞破壞的能力。,疲勞破壞：構(gòu)件在交變應(yīng)力的作用下發(fā)生的破壞。,1最大工作應(yīng)力遠小于材料強度極限，甚至小于屈服 極限；破壞時的循環(huán)次數(shù)大約在105107,疲勞破壞的主要特點：,2無論塑性材料還是脆性材料都發(fā)生脆性斷裂；,3斷口具有明顯的特征。,交變應(yīng)力長期作用下由于裂紋萌生、擴展而導致的脆性斷裂。,粗糙區(qū),裂紋源,光滑區(qū),高周疲勞,二、疲勞破壞的發(fā)展過程:,1.亞結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而永久損傷形核。,2.產(chǎn)生微觀裂紋。,3.微觀裂紋長大并合并，形成“主導”裂紋。,4.宏觀主導裂紋穩(wěn)定擴展。,5.結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或完全斷裂。,材料在交變應(yīng)力下的破壞，習慣上稱為疲勞破壞。,三、疲勞破壞的特點:,2.斷裂發(fā)生要經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù),3.破壞均呈脆斷,4.“斷口”分區(qū)明顯。 （光滑區(qū)和粗糙區(qū)）,112 交變應(yīng)力的幾個名詞術(shù)語,一、循環(huán)特征：,三、應(yīng)力幅：,二、平均應(yīng)力：,t,s,四、幾種特殊的交變應(yīng)力：,1.對稱循環(huán)：,s,2.脈動循環(huán)：,3.靜循環(huán)：,五、穩(wěn)定交變應(yīng)力：循環(huán)特征及周期不變。,t,s,材料的持久極限與靜載荷下強度極限的關(guān)系,一般鋼及常用合金鋼：,鑄鋼，可鍛鑄鐵及銅合金,同一種材料在不同 應(yīng)力循環(huán)下的持久極限，對稱循環(huán)的持久極限最小。,例1 發(fā)動機連桿大頭螺釘工作時最大拉力Pmax =58.3kN，最小拉力Pmin =55.8kN ，螺紋內(nèi)徑為 d=11.5mm，試求 a 、m 和 r。,解：,113 材料持久限及其測定,一、材料持久限(疲勞極限)： 循環(huán)應(yīng)力只要不超過某個“最大限度”,構(gòu)件就可以經(jīng)歷無數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，這個限度值稱為“疲勞極限”，用r 表示。,二、 N 曲線（應(yīng)力壽命曲線）：,N0循環(huán)基數(shù)。,r材料持久限。,A名義持久限。,114 構(gòu)件持久限及其計算,一、構(gòu)件持久限r(nóng) 0,r0 與 r 的關(guān)系：,1. K 有效應(yīng)力集中系數(shù)：,2. 尺寸系數(shù)：,3. 表面質(zhì)量系數(shù)：,如果循環(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。,對稱循環(huán)下 ，r= -1 。上述各系數(shù)均可查表而得。,例2 階梯軸如圖，材料為鉻鎳合金鋼，b=920MPa，1= 420MPa ，1= 250MPa ，分別求出彎曲和扭轉(zhuǎn)時的有效應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)。,解：1.彎曲時的有效應(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),由表查尺寸系數(shù),2.扭轉(zhuǎn)時的有效應(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),應(yīng)用直線插值法,由表查尺寸系數(shù),115 對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算,一、對稱循環(huán)的疲勞容許應(yīng)力:,二、對稱循環(huán)的疲勞強度條件:,例3 旋轉(zhuǎn)碳鋼軸上，作用一不變的力偶 M=0.8kNm，軸表面經(jīng)過精車， b=600MPa，1= 250MPa，規(guī)定 n=1.9，試校核軸的強度。,解： 確定危險點應(yīng)力及循環(huán) 特征,為對稱循環(huán),M,M, 強度校核, 查圖表求各影響系數(shù)，計算構(gòu)件持久限。,求K：,求 ：查圖得,查圖得,求 ：表面精車， =0.94,安全,應(yīng)變循環(huán)：交變應(yīng)變每重復變化一次的過程。,低周疲勞破壞：構(gòu)件在交變應(yīng)變的作用下發(fā)生的破壞。,1最大工作應(yīng)力一般超過屈服 極限； 破壞時的循環(huán)次數(shù)大約在103105,低周疲勞破壞的主要特點：,2一般在塑性材料中發(fā)生韌性斷裂；,3斷口具有明顯的特征。,低周疲勞,鋯-合金的低周疲勞斷口微觀形貌圖,交變應(yīng)力長期作用下，由于微裂紋連接導致小裂紋萌生；小裂紋進一步擴展而導致的最終斷裂。,采用微機控制電液伺服低周疲勞試驗機，可以觀察低周疲勞斷口微觀形貌圖。,2、變幅與過載影響裂紋擴展速率 通過對帶有環(huán)狀型切口的#-鋼圓棒料在恒幅過載和變幅過載下的低周次疲勞試驗，表明變幅遞增過載的裂紋擴展速率比恒幅過載裂紋擴展速率顯著增大?；谠囼炇聦嵑蛿嗫诜治?，說明過載時裂紋擴展速率瞬時顯著增大是裂紋鈍化的結(jié)果 。,1、應(yīng)變速率不同，材料循環(huán)變形的機理也不同 在大應(yīng)變速率疲勞時