材料力学 教学课件 作者 范钦珊 第十三章 动载荷与疲劳强度概述.pptVIP

动静法的应用 13.3 构件上的冲击载荷与冲击应力计算 §13.4 疲劳强度概述 §13.5 疲劳极限与应力-寿命曲线 §13.8 线性累积损伤理论与变幅交变应力作用下的疲劳寿命估算 13.9 结论与讨论 求得 最大扭转冲击应力为 对于圆轴 于是 可见，扭转冲击时轴内的最大动应力 与轴的体积 有关。 13.3.4 提高构件抗冲击能力的措施 (1) 被冲击构件的静位移 愈大，动荷系数愈小。 要提高构件的抗冲击能力，主要从降低冲击动荷系数着手。 (2)工程上往往是在受冲击构件上增设缓冲装置，如缓冲弹簧、橡胶垫、弹性支座等。这样既能减小整体刚度，又不增大构件中的应力。 在工程中，有些构件内的应力随时间作周期性交替变化。 啮合时，作用于轮齿上的力F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。 引起齿根部的弯曲正应力也发生同样急剧的变化。 13.4.1 与交变应力有关的名词和术语 火车轮轴受到来自车厢和车架的压力F 当轮轴以角速度 转动时，点A的弯曲正应力为 其应力-时间历程曲线如图b所示。 设某交变应力－时间历程曲线如图所示 (1) 应力循环 应力每重复变化一次的过程，称为一个应力循环。 (2) 周期 完成一个应力循环所需的时间称为一个周期，用T表示。 (3)循环次数 重复变化的次数称为循环次数。 (1) 循环特征 (2) 应力幅 (3) 平均应力 (1) 对称循环 (2) 脉动循环 (3) 静载荷 五个量来表示三种典型的交变应力情况。 非对称循环 时的交变应力统称为非对称循环。 非对称循环交变应力可以看作是一个相当于平均应力 的静应力和应力幅为 的对称循环交变应力相叠加而成的。 疲劳破坏与强度失效的区别主要表现在： (1) 破坏时，构件内的最大工作应力远远低于材料在静载作用下的屈服极限，更远远低于材料的强度极限； (2) 疲劳破坏需经历多次应力循环后才出现，即破坏是一个损伤积累的过程； 13.4.2 疲劳破坏特征 (3) 无论何种材料制成的构件，在发生疲劳破坏时，一般无明显的塑性变形，均表现为脆性断裂； (4)疲劳破坏的断口表面有两个明显的区域：光滑区域和粗糙区域，如图示。 拉压、弯曲以及扭转这三类交变应力作用下，构件典型的疲劳断口形状。 近代的实验研究结果表明： (1)疲劳破坏实质上是金属材料在交变应力的反复作用下，由于内部微小的缺陷或应力集中而产生塑性变形，萌生裂纹。 (3)疲劳破坏是由疲劳裂纹源的形成、裂纹的扩展和最后的脆断三个阶段所组成的破坏过程。 (2)随着外力反复作用次数的增加，微小的裂纹逐渐扩展，最后导致材料的开裂或破坏。 在交变应力下，产生疲劳破坏所需的应力循环次数称为疲劳寿命。 一、疲劳寿命 (1) 高循环疲劳 二、疲劳分类 (2) 低循环疲劳 破坏循环次数高于 的疲劳称为高循环疲劳 破坏循环次数低于 的疲劳称为低循环疲劳 一、持久极限 材料的持久极限，是指标准试样经历“无限次”应力循环而不发生疲劳破坏时的最大应力。 材料的持久极限与疲劳试验 弯曲对称循环疲劳试验机及试样受力情况 弯矩图如图 二、疲劳试验 将各次测得的 和 绘出一条曲线，称为疲劳曲线，亦称为S-N曲线。 只要应力不超过这一极限值，试样就可以经历无限次循环而不发生疲劳破坏。这一极限值称为材料在对称循环下(r=-1)的持久极限，记为 。 1. 循环基数 如果钢制试样经历 次循环仍未发生疲劳破坏，则再增加循环次数也不会破坏，所以就把 次循环下仍未发生疲劳破坏的最大应力规定为钢的持久极限，而把 称为循环基数。 2. 名义持久极限 硬铝、镁合金等有色金属的疲劳曲线没有明显的趋于水平的直线部分，通常取循环基数为 ，把它对应的最大应力作为这类材料的持久极限，称为名义持久极限。 钢的对称循环持久极限经验公式进行估算 上述试验原理同样可用于拉伸－压缩疲劳试验、扭转疲劳试验、弯曲－扭转联合疲劳试验等，以测定材料相应的持久极限。 承受不同循环特征的交变应力，画出相应的S-N曲线，测定材料的持久极限。 综上： (1) 持久极限可以理解为在交变应力下的极限应力，它与静载下的极限应力完全 不同。 (2)持久极限不仅因材料不同而异，即使是同一种材料，也会因循环特征不同而异。