疲勞強(qiáng)度分析課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 交變應(yīng)力與疲勞失效交變應(yīng)力與疲勞失效靜應(yīng)力：構(gòu)件在靜載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力。特點(diǎn)：1. 與加速度無(wú)關(guān)。2. 不隨時(shí)間的改變而改變。動(dòng)荷載：工程中一些高速旋轉(zhuǎn)或者以很高的加速度運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，以及承受沖擊物作用的構(gòu)件，其上作用的載荷。動(dòng)應(yīng)力：構(gòu)件上由于動(dòng)荷載引起的應(yīng)力。交變應(yīng)力：構(gòu)件中的應(yīng)力雖與加速度無(wú)關(guān)，但大小或方向卻隨時(shí)間而變化。疲勞：構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下最大工作應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度且無(wú)明顯塑性變形就發(fā)生突然斷裂。該現(xiàn)象稱為疲勞一個(gè)應(yīng)力循環(huán)一個(gè)應(yīng)力循環(huán)O t maxminr maxminr max minO一個(gè)應(yīng)力循環(huán)一個(gè)應(yīng)力循環(huán) t max min a a2minmaxa 2min

2、maxm aO max min t1maxmin rmaxa 0m 1r0maxmin r2maxma O max min=0 t1r0a maxm O max min=0t l交變應(yīng)力交變應(yīng)力 隨時(shí)間周期變化應(yīng)力。 應(yīng)力比 （循環(huán)特征） 對(duì)稱循環(huán)， 脈動(dòng)循環(huán)， 靜載荷maxminR1R0R1RAFt 靜平衡位置靜平衡位置tt st max minl三疲勞破壞三疲勞破壞 構(gòu)件在交變應(yīng)力下產(chǎn)生裂紋或斷裂叫疲勞破壞 1疲勞破壞特點(diǎn)疲勞破壞特點(diǎn)（1）構(gòu)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的交變應(yīng)力作用，雖然應(yīng)力遠(yuǎn)低于其靜載下的極限應(yīng)力，也可能發(fā)生斷裂破壞。（2）交變應(yīng)力多次重復(fù)，循環(huán)次數(shù)。sbmaxmax,（3）構(gòu)件的斷裂是

3、突然的，無(wú)任何明顯的預(yù)兆。即使是塑性較好的材料，斷裂前也無(wú)明顯的塑性變形，呈現(xiàn)出脆性斷裂（4）構(gòu)件斷口呈現(xiàn)出兩個(gè)區(qū)域：粗糙區(qū)和光滑區(qū)。 裂紋源裂紋源光滑區(qū)光滑區(qū)粗糙區(qū)粗糙區(qū) FF tzAtry sintIrMIyM sint 1 2 3 4 1O第二節(jié)第二節(jié) 交變應(yīng)力的基本參數(shù)交變應(yīng)力的基本參數(shù)疲勞極限疲勞極限l1疲勞極限疲勞極限（1） 曲線曲線 在應(yīng)力比一定的情況下，對(duì)一組在應(yīng)力比一定的情況下，對(duì)一組（ 根），根）， 的試件，進(jìn)行的試件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。分別在不同的實(shí)驗(yàn)。分別在不同的 下施加交變應(yīng)力，下施加交變應(yīng)力，直到破壞，記錄下每根試件破壞前經(jīng)受的直到破壞，記錄下每根試件破壞前經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)循

4、環(huán)次數(shù)N。作出。作出 曲線。此曲線為曲線。此曲線為在應(yīng)力比在應(yīng)力比r下的下的 曲線。曲線。Nmax128mmd107maxNmaxNmaxNrmaxr 為某一指定值 0N0l（2）疲勞極限 經(jīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值。l對(duì)于鋼材， 曲線有一水平漸進(jìn)線 為此材料在指定應(yīng)力比r下的疲勞極限。 對(duì)應(yīng)值 為循環(huán)基數(shù)。 對(duì)稱循環(huán)疲勞極限1710NrNmaxrmaxr2影響構(gòu)件持久極限的主要因素。影響構(gòu)件持久極限的主要因素。l（1）構(gòu)件外形的影響 對(duì)于零件上截面有變化處，如：螺紋、鍵槽、軸肩等，在此處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，因此，會(huì)顯著降低疲勞強(qiáng)度極限。一般用K表示其降低程度，即l式中 、 分別為彎

5、曲、扭轉(zhuǎn)時(shí)光滑試件對(duì)稱循環(huán)的疲勞強(qiáng)度極限； 、 分別為同尺寸而有應(yīng)力集中因素試件的對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限。KK, 11KK,1111K，1K，1l（2）構(gòu)件尺寸的影響 l構(gòu)件尺寸越大，材料包含的缺陷相應(yīng)增多，指使疲勞極限降低，其降低程度用尺寸系數(shù)表示，即l式中 、 分別為光滑小試件在彎曲、扭轉(zhuǎn)時(shí)的疲勞極限； 、 分別為光滑大試件在彎曲、扭轉(zhuǎn)時(shí)的疲勞極限 。11，11，11，1，1（3）構(gòu)件表面質(zhì)量的影響 加工精度在表面形成切削痕跡會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中。加工表面的影響用表面加工系數(shù) 表示。 是指試件表面在不同加工情況下的疲勞極限與磨光時(shí)的疲勞極限之比。因此，彎曲構(gòu)件在對(duì)稱循環(huán)下的疲勞極限是扭轉(zhuǎn)構(gòu)

6、件在對(duì)稱循環(huán)下的疲勞極限為K1K1 107r0.25r0r-1NN a mO a mPmaxma rr 11tanminmaxminmaxma a mO a mPP A20 C bB a mO a mPP2/2/tan001 m1arr 第四節(jié)第四節(jié) 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算l1對(duì)稱循環(huán)下的疲勞對(duì)稱循環(huán)下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 許用應(yīng)力許用應(yīng)力強(qiáng)度條件為強(qiáng)度條件為令令n0111maxnmax01nmax01nKnma）（1maxma l例例 階梯軸。材料為合金鋼 ， ， ， 。軸在不變彎矩 作用下旋轉(zhuǎn)。軸表面為切削加工。若規(guī)定， 。試校核軸的強(qiáng)度。解：（1）最大工作應(yīng)力（2）確定應(yīng)

7、力集中系數(shù)根據(jù) ，5r4050MPab920MPas520MPa4201MPa2501mNM 8504 .1nMPaWM13510403285033max125. 0405dr25.14050dD 查表得 ， 。 應(yīng)力集中系數(shù)為 查表確定 ， （3）求工作安全系數(shù)滿足強(qiáng)度要求。56. 10K85. 048. 1156. 185. 01110KK77. 087. 0nKn41. 11013587. 077. 048. 11042066max1l2不對(duì)稱循環(huán)下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算不對(duì)稱循環(huán)下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）承受交變應(yīng)力的工作安全系數(shù)）承受交變應(yīng)力的工作安全系數(shù)強(qiáng)度條件為強(qiáng)度條件為（2）對(duì)于受扭轉(zhuǎn)的構(gòu)件，工作安全系數(shù)為）對(duì)于受扭轉(zhuǎn)的構(gòu)件，工作安全系數(shù)為（3）承受扭彎組合交變應(yīng)力，工作安全系數(shù)）承受扭彎組合交變應(yīng)力，工作安全系數(shù)為為mKn1nnmKn 122nnnnnl例例 上例中的階梯軸在不對(duì)稱彎矩和的交替作用下，并規(guī)定。試校核軸的疲勞強(qiáng)度。 解：（1）求 、 、 、 。maxminamMPaWM191104032120033maxmaxMPa8 .4741maxminMPaa6 .7121minmaxMPam11921minm