西工大機械設計第三章課件

§3-1材料的疲勞§3-2機械零件的疲勞強度§3-3機械零件的抗斷裂強度§3-4機械零件的接觸強度第三章機械零件的強度材料疲勞的兩種類別材料的疲勞強度一、交變應力的描述sm——平均應力；sa——應力幅值；smax——最大應力；smin——最小應力；r——應力比（循環(huán)特性）描述規(guī)律性的交變應力可有5個參數(shù)，但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。r=﹣1對稱循環(huán)應力r=0脈動循環(huán)應力r=1靜應力

O疲勞曲線材料的疲勞強度

機械零件的疲勞大多發(fā)生在s－N曲線的CD段，可用下式描述：

點D以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)，其方程為

由于ND很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))，用N0及其相對應的疲勞極限σr來近似代表ND和σr∞，于是有：有限壽命區(qū)間內循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關系為：式中，sr、N0及m的值由材料試驗確定。二、

s－N疲勞曲線s－N疲勞曲線詳細說明≤≤m機械零件的疲勞強度計算1機械零件的疲勞強度一、零件的極限應力線圖

由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質量及強化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。在不對稱循環(huán)時，Ｋs是試件與零件極限應力幅的比值。

將零件材料的極限應力線圖中的直線A'D'G'按比例向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應力曲線的CG

部分，由于是按照靜應力的要求來考慮的，故不須進行修正。這樣就得到了零件的極限應力線圖。詳細介紹

以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ｋs表示材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1與零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1e的比值，即機械零件的疲勞強度計算2機械零件的疲勞強度二、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算進行零件疲勞強度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的smax及smin確定平均應力sm與應力幅sa，然后，在極限應力線圖的坐標中標示出相應工作應力點M或N。

根據(jù)零件工作時所受的約束來確定應力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個點來表示極限應力。機械零件可能發(fā)生的典型的應力變化規(guī)律有以下三種：

應力比為常數(shù)：r=C

平均應力為常數(shù)：sm=C

最小應力為常數(shù)：smin=C詳細分析相應的疲勞極限應力應是極限應力曲線上的某一個點所代表的應力。計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為

規(guī)律性不穩(wěn)定變應力機械零件的疲勞強度計算3機械零件的疲勞強度三、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算若應力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應力s1每循環(huán)一次對材料的損傷率即為1/N1，而循環(huán)了n1次的s1對材料的損傷率即為n1/N1。如此類推，循環(huán)了n2次的s2對材料的損傷率即為n2/N2，……當損傷率達到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應于極限狀況有：用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算不穩(wěn)定變應力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累積假說進行疲勞強度計算詳細分析

機械零件的疲勞強度計算5機械零件的疲勞強度五、提高機械零件疲勞強度的措施

在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強化處理。

適當提高零件的表面質量，特別是提高有應力集中部位的表面加工質量，必要時表面作適當?shù)姆雷o處理。

盡可能降低零件上的應力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要措施。

盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽

在不可避免地要產(chǎn)生較大應力集中的結構處，可采用減載槽來降低應力集中的作用。

機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度

在工程實際中，往往會發(fā)生工作應力小于許用應力時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應力脆斷。

對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材料結構的強度問題，就存在一定的危險性。

斷裂力學——研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結構或構件的強度和變形規(guī)律的學科。

通過對大量結構斷裂事故分析表明，結構內部裂紋和缺陷的存在是導致低應力斷裂的內在原因。為了度量含裂紋結構體的強度，在斷裂力學中運用了應力強度因子KI（或KⅡ、KⅢ）和斷裂韌度KIC(或KⅡC、KⅢC）這兩個新的度量指標來判別結構安全性，即：KI＜KIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。KI≥KIC時，裂紋失穩(wěn)擴展。

機機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度

當兩零件以點、線相接觸時，其接觸的局部會引起較大的應力。這局部的應力稱為接觸應力。

接觸應力是不同于以往所學過的擠壓應力的。擠壓應力是面接觸引起的應力，是二向應力狀態(tài)，而接觸應力是三向應力狀態(tài)。接觸應力的特點