cllx13-疲勞-交變應力

第十二章交變應力1.交變應力：構(gòu)件內(nèi)隨時間作周期性變化的應力，稱交變應力。2.疲勞與疲勞失效

結(jié)構(gòu)的構(gòu)件或機械、儀表的零部件在交變應力作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象，稱為疲勞失效，簡稱疲勞。４.疲勞失效的特點與原因簡述1)

破壞時的名義應力值往往低于材料在靜載作用下的屈服應力；2)構(gòu)件在交變應力作用下發(fā)生破壞需要經(jīng)歷一定數(shù)量的應力循環(huán)3)構(gòu)件在破壞前沒有明顯的塑性變形預兆，即使韌性材料，也將呈現(xiàn)“突然”的脆性斷裂；4)金屬材料的疲勞斷裂斷口上,有明顯的光滑區(qū)域與顆粒區(qū)域。。疲勞失效的機理：交變應力引起金屬原子晶格的位錯運動→位錯運動聚集，形成分散的微裂紋→微裂紋沿結(jié)晶學方向擴展（大致沿最大剪應力方向形成滑移帶）、貫通形成宏觀裂紋→宏觀裂紋沿垂直于最大拉應力方向擴展，宏觀裂紋的兩個側(cè)面在交變載荷作用下，反復擠壓、分開，形成斷口的光滑區(qū)→突然斷裂，形成斷口的顆粒狀粗糙區(qū)。疲勞破壞產(chǎn)生的過程可概括為：裂紋形成裂紋擴展斷裂§14-2交變應力循環(huán)特征1.應力循環(huán)

圖中應力大小由a到b經(jīng)歷了一個全過程變化又回到原來的數(shù)值，稱為一個應力循環(huán)。完成一個應力循環(huán)所需的時間，稱為一個周期。2.循環(huán)特征或應力比

一個應力循環(huán)中最小應力與最大應力的比值：稱為交變應力的循環(huán)特征或應力比。3.平均應力

4.應力幅

恒幅交變應力變幅交變應力最大應力：最小應力：；以上五個特征值中，只有二個是獨立的。滿足具體描述一種交變應力，可用最大應力和循環(huán)應力r，或用平均應力和應力幅值。

不穩(wěn)定的交變應力：、不是常量，為變化的（不等幅情況）。穩(wěn)定的交變應力：、均不變，為常數(shù)（等幅情況）；5.對稱循環(huán)：如受彎的車軸tt6.非對稱循環(huán)：7.脈動循環(huán)：如齒輪t8.靜應力：如拉壓桿t材料的疲勞（持久）極限及其測定疲勞壽命：材料在交變應力作用下產(chǎn)生疲勞破壞時所經(jīng)歷的應力循環(huán)次數(shù)，記作N，與及r有關(guān)。疲勞極限或有限壽命持久極限：材料在規(guī)定的應力循環(huán)次數(shù)N下，不發(fā)生疲勞破環(huán)的最大應力值，記作。無限壽命疲勞極限或持久極限：

當不超過某一極限值，材料可以經(jīng)受“無數(shù)次”應力循環(huán)而不發(fā)生破壞，此極限值稱為無限壽命疲勞極限或持久極限。

值是工程材料最常見、最基本的材料性能指標之一。測定該值的方法為：試件：d=7-10mm，表面磨光的小試件6-10根。機器：疲勞試驗機（簡支梁式或懸臂梁式）步驟：先取，經(jīng)過次循環(huán)后斷裂;再?。ū葴p少20-40MPa），經(jīng)過次循環(huán)后斷裂;………………如果第七根試件在下經(jīng)歷了次循環(huán)次數(shù)而不斷裂，并且或，則即為該材料的疲勞極限。否則，進行下一根試件的試驗。

8．持久極限標準試件經(jīng)過無窮多次應力循環(huán)而不發(fā)生破壞時的最大應力值，稱為該材料的持久極限。持久極限也稱疲勞極限。9．條件持久極限規(guī)定標準試件在一定循環(huán)次數(shù)下不破壞時的最大應力，稱為條件持久極限（或名義持久極限）。10.應力壽命曲線表示一定循環(huán)特征下標準試件的疲勞強度與疲勞壽命之間關(guān)系的曲線，稱應力壽命曲線，也稱S-N曲線。§14-3影響持久極限的因素

1.構(gòu)件外形的影響

構(gòu)件外形的突變（槽、孔、缺口、軸肩等）引起應力集中。應力集中區(qū)易引發(fā)疲勞裂紋，使持久極限顯著降低2.構(gòu)件尺寸的影響

稱為尺寸系數(shù)

有效應力集中系數(shù)

3.構(gòu)件表面質(zhì)量的影響

表面質(zhì)量系數(shù)

§14-4循環(huán)應力下構(gòu)件的疲勞強度計算

對稱循環(huán)下，構(gòu)件的疲勞強度條件【例14-1】圖14-1所示圓桿上有一個沿直徑的貫穿圓孔，不對稱交變彎矩為。材料為合金鋼,，，，。圓桿表面經(jīng)磨削加工。若規(guī)定安全系數(shù)，，園桿表面經(jīng)磨削加工.試校核此桿的強度。若規(guī)定安全系數(shù)n=2,ns=1.5.【解】（1）計算圓桿工作應力?！?4-8提高構(gòu)件疲勞強度的措施

疲勞裂紋主要形成于構(gòu)件表面和應力集中部位。提高疲勞強度措施為：1.減緩應力集中：設計構(gòu)件外形時，避免方