機械設計基礎疲勞

1、機械設計基礎疲勞第1頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四第六章 疲 勞61 交變應力與疲勞失效63 持久極限62 交變應力循環(huán)特征、應力幅和平均應力64 影響持久極限的因素第2頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四61 交變應力的概念一、交變應力(Alternating stress ) 構件內一點處的應力隨時間作周期性變化,這種應力稱為交變應力.APt第3頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四二、產生的原因例題1 一簡支梁在梁中間部分固接一電動機,由于電動機的重力作用產生靜彎曲變形,當電動機工作時,由于轉子的偏心而引起離心慣性力.由于離

2、心慣性力的垂直分量隨時間作周期性的變化,梁產生交變應力. 1、載荷做周期性變化 2、載荷不變,構件點的位置隨時間做周期性的變化 第4頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四靜平衡位置tt st max min第5頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四例題2 火車輪軸上的力來自車箱.大小,方向基本不變.即彎矩基本不變.PP橫截面上 A點到中性軸的距離卻是隨時間 t 變化的.假設軸以勻角速度 轉動.tzAA的彎曲正應力為 是隨時間 t 按正弦曲線變化的t12341O第6頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四交變應力的疲勞破壞與靜應力下的破壞有很大

3、差異,故表征材料抵抗交變應力破壞能力的強度指標也不同.下圖為交變應力下具有代表性的正應力時間曲線. 三.交變應力的循環(huán)特征、應力幅和平均應力第7頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四一個應力循環(huán)(一)、基本參數(shù)應力每重復變化一次,稱為一個應力循環(huán)Ot在拉,壓或彎曲交變應力下在扭轉交變應力下 max min最小應力和最大應力的比值稱為循環(huán)特征.用r 表示.1.應力循環(huán)2.循環(huán)特征第8頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四3、應力幅(Stress amplitude) 最大應力和最小應力的差值的的二分之一,稱為交變應力的 應力幅.用a 表示O一個應力循環(huán)t ma

4、x min a a4、平均應力最大應力和最小應力代數(shù)和的一半,稱為交變應力的 平均應力.用m表示.第9頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四(二)、交變應力的分類 1、對稱循環(huán)在交變應力下若最大應力與最小應力等值而反號.Omaxmint min= - max或 min= - maxr= -1 時的交變應力,稱為對稱循環(huán) 交變應力.第10頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四（1）若 非對稱循環(huán)交變應力中的最小應力等于零（ min）r=0 的交變應力,稱為脈動循環(huán) 交變應力 時的交變應力,稱為非對稱循環(huán) 交變應力.Omaxmin=0t2.非對稱循環(huán)第11頁，共

5、38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四（2）r 0 為同號應力循環(huán); r 2030 0.91 0.83 0.89 3040 0.88 0.77 0.81 4050 0.84 0.73 0.78 5060 0.81 0.70 0.76 6070 0.78 0.68 0.74 7080 0.75 0.66 0.73 80100 0.73 0.64 0.72 100120 0.70 0.62 0.70 120150 0.68 0.60 0.68 150500 0.60 0.54 0.60 表1 尺寸系數(shù)第32頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四三、構件表面狀態(tài)的影響(

6、the effect of member surface state) 實際構件表面的加工質量對持久極限也有影響,這是因為不同的加工精度在表面上造成的刀痕將呈現(xiàn)不同程度的應力集中. 若構件表面經過淬火、氮化、滲碳等強化處理,其持久極限也就得到提高.表面質量對持久極限的影響用表面狀態(tài)系數(shù)表示其他加工情況的構件的持久極限表面磨光的試件的持久極限第33頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四 綜合考慮上述三種影響因素，構件在對稱循環(huán)下的持久極限b為表面狀態(tài)系數(shù)為有效應力集中系數(shù)為尺寸系數(shù)為表面磨光的光滑小試件的持久極限 如果循環(huán)應力為剪應力,將上述公式中的正應力換為剪應力即可. 對稱

7、循環(huán)下,r= -1 .上述各系數(shù)均可查表而得.第34頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四提高構件疲勞強度的途徑 所謂提高疲勞強度，通常是指在不改變構件的基本尺寸和材料的前提下，通過減小應力集中和改善表面質量，以提高構件的疲勞極限。通常有以下一些途徑： 緩和應力集中： 截面突變處的應力集中是產生裂紋以及裂紋擴展的重要原因，通過適當加大截面突變處的過渡圓角以及其它措施，有利于緩和應力集中，從而可以明顯地提高構件的疲勞強度。第35頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四 提高構件表面層質量： 在應力非均勻分布的情形（例如彎曲和扭轉）下，疲勞裂紋大都從構件表面開始形成和擴展。因此，通過機械的或化學的方法對構件表面進行強化處理，改善表面層質量，將使構件的疲勞強度有明顯的提高。第36頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四 表面熱處理和化學處理（例如表面高頻淬火、滲碳、滲氮和氰化等），冷壓機械加工（例如表面滾壓和噴丸處理等），都有助于提高構件表面層的質量。 這些表面處理，一方面可以使構件表面的材料強度提高；另一方面可以在表面層中產生殘余壓應力，抑制疲勞裂紋的形成和擴展。 提高構件表面層質量：第37頁，共38頁，2022年，5月20日，3點24分，星期四 噴丸處理方法，近年來得到廣泛應用，并