11交变应力.ppt

动荷的分类及其研究方法 ⑴ 构件做匀加速运动（如圆周运动） ——加上惯性力 机械结构中常用 ⑵ 加速度周期变化——用振动理论 ⑶ 加速度剧变（如冲击 Δt=0.01s） ——用能量法 各种机械中都会遇到 ⑷ 载荷周期变化——交变应力 §11–１ 概 述 N(次数) s NA sA sr N0 三、名义持久极限、持久寿命 循环基数N0： 钢：107 有色金属：108 名义持久极限 材料在规定的应力循环基数N0下，不发生疲劳失效的最大应力值 (NA σA) 材料在规定的应力循环次数N下，不发生疲劳失效的最大应力值 材料的持久极限 §11–4 影响构件持久极限的因素 光滑、小试件、实验室测得 构件可以经受“无数次”应力循环而不发生疲劳失效的交变应力最大值。 材料的持久极限?r 对于同种材料制成的形状不同、工作环境不同的具体构件，持久极限会相同吗？ 构件的持久极限 与材料的持久极限相比必须考虑一些影响因素； 1、构件外形引起的影响 Kσ称为的有效应力集中系数 ——应力集中 f50 f40 r=5 不仅与外形有关，还与材料有关 应力集中会显著降低构 件的持久极限 构件外形的突变（槽、孔、缺口、轴肩等）引起应力集中。 2、构件尺寸的影响 随构件横截面尺寸的增大，持久极限会相应地降低 持久极限是用小试样测定的，实际构件尺寸较大。 3、构件表面质量的影响 构件工作时的最大应力往往发生在构件的表面；又由于机械加工时常常在表面留下刀痕；使得构件的表面存在较严重的应力集中；构件的表面质量越高，持久极限越高 ? = 不同表面质量构件的持久极限 表面磨光试样的持久极限 尤其对于高强度钢必须进行精加工才会发挥高强度钢的性能； 综合以上影响系数，使得构件的持久极限低于材料的持久极限 表面腐蚀影响； 表面强化影响； 另外，对于具体的构件还应考虑： 工作环境 工作温度等 构件的持久极限 例2 阶梯轴如图，材料为铬镍合金钢，?b=920MPa，?–1= 420MPa ，?–1= 250MPa ，分别求出弯曲和扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数。 解：1.弯曲时的有效应力集中系数和尺寸系数 由图表查有效应力集中系数 由表查尺寸系数 f50 f40 r=5 2.扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数 由图表查有效应力集中系数 应用直线插值法 由表查尺寸系数 * * 第十一章 交变应力 §11–1 概述 §11–2 交变应力的几个名词术语 §11–3 材料持久限及其测定 §11–4 构件持久限及其计算 §11–5 对称循环下构件的疲劳强度计算 折铁丝 目录 目录 一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，这 种应力称为交变应力。 o a a L p p FS M 火车轮轴简化为一 外伸梁 ωt y d ? Pa m m ωt y d o ? 2 1 3 4 1 2 3 4 1 ?max ?min t ? 材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。 二、疲劳破坏的特点： 1、破坏时，不论是脆性材料和塑性材料，均无明显的塑性变形， 且为“突然”断裂，破坏前没有明显的预兆（危害性） 2、疲劳破坏的断口，有明显的光滑区及晶粒粗糙区。在光滑区可 见到微裂纹的起始点（疲劳源），周围为中心逐渐向四周扩展的弧形线 （判断依据） 3、构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环。 4、破坏时的最大应力值远小于静载荷作用下破坏时的极限应力 （必要性） 因疲劳破坏是在没有明显征兆的情况下突然发生的，极易造成严重事故。据统计，机械零件，尤其是高速运转的构件的破坏，大部分属于疲劳破坏。 1979年，美国DE-10型飞机失事，死亡270人，原因螺旋桨转轴发生疲劳破坏，该型号飞机停飞一年，全面检修，是设计问题。 疲劳破坏案例1 1981年初，欧洲北海油田“基尔兰”号平台覆灭，死亡123人，原因疲劳破坏，横梁在海浪的交变应力作用下，横梁承孔边裂缝，当时大风掀起7米巨浪，10105吨的浮台沉没于大海之中 疲劳破坏案例2 1998年5月，德国高速列车出轨，原因列车大轴发生疲劳破坏。 疲劳破坏案例3 三、疲劳破坏产生的机理： 交变应力超过一定