材料力学课件 (8).ppt

1、第十三章 交 变 应 力,13-1 概述,13-2 交变应力的有关参数,13-3 材料的持久极限,13-4 构件的持久极限,13-5 对称循环下构件的疲劳强度,计算,13-6 持久极限曲线及其简化,13-7 非对称循环下构件的,疲劳强度计算,13-8 弯扭组合交变应力下,构件的疲劳强度计算,13-9 提高构件疲劳强度,的主要措施,如何设计车轮轴的横截面?,如何计算火车车轮轴内的应力?,如何简化出火车车轮轴的计算模型?,纯弯曲时的正应力：概述,一、什么叫交变应力？,13-1 概 述,某一点的应力,应力随时间作周期性交替变化的应力 叫做交变应力。,二、疲劳破坏及其特点,疲劳破坏,疲劳破坏的特点,1

2、 脆断,2 无明显塑性变形,突然脆断,3 断口分成两个区域,三、疲劳破坏的原因及危害,疲劳破坏的原因,应力集中,交变应力,脆断,疲劳破坏的危害,！后 果 严 重,13.2交变应力的有关参数,一 参数,1 循环特征r,当r = -1时对称循环,除r = -1外非对称循环,2.平均应力,3.应力幅,5关系,当在循环过程中,保持不变稳定的交变应力,二、几种典型的交变应力,对称循环,脉动循环,静应力,非对称循环 一般情况,一、材料的持久极限(疲劳极限),同一种材料,sr(tr )随r变,以低碳钢在对称循环下：,二对称循环时材料持久极限的测定,纯弯曲疲劳试验,取一组件8-10根,对称循环下材料的持久极限

3、。,13.4 构件的持久极限,材料的持久极限sr,标准光滑小试件试验测得,相同材料,构件的持久极限,sr,？,一、构件的外形影响,（孔、槽、台阶）,理论应力集中系数K,有效应力集中系数Ks,拉（压）、弯,扭转,有效应力集中系数,二、构件尺寸的影响,尺寸系数,三、构件表面质量影响,忽略次要因素： 工作环境（温度、介质等） 载荷频率等,表面质量系数,构件持久极限表达式, 135 对称循环下构件的疲劳强度计算,材料的持久极限s-1,构件工作时的最大应力smax,采用安全系数法,写成,对称循环下，构件具有无限寿命的疲劳强度公式,136 持久极限曲线及其简化,材料的持久极限曲线,相同材料 不同 r 相同

4、N0,同一射线上的,各点具有相同,的循环特性,二、持久极限曲线的简化,折线型(三点式),C,13.7 非对称循环下构件的疲劳强度计算,一、构件的持久极限简化折线,构件的持久极限,注意：影响构件持久 极限的主要因素,其只 影响动的部分（应力幅）,K,EKJ内_不疲劳、不屈服,材料的持久极限,屈服点控制线,KJ_屈服限,EK_疲劳限,K,构件的持久极限简化折线EFB,二.非对称循环下构件疲劳强度计算公式,即EF段。,由几何关系可推得：,二.非对称循环下构件疲劳强度计算公式,三、屈服强度条件,屈服条件：,（LJ为塑性破坏的控制线）,当r 0时， 较大。,可能先屈服破坏。,按静强度建立屈服强度条件,一

5、般规定的疲劳、屈服安全系数,不同，故当r0时需两个方面都算。,解：1）计算圆 杆工作应力,注意！,2）求循环特征r及m,a,3)确定系数K，,根据圆杆尺寸d0/d=2/40=0.05 b=950MPa,查得K=2.18。=1。0 =0.77,满足疲劳强度,5）静强度校核,因为r=0.20,所以需要校核静强度。,由公式（13-8）算出最大应力时屈服的工作,安全系数, 满足静强度条件,此杆满足强度条件,13、8 弯扭组合交变应力下构件的,一、概述,弯扭组合是工程中最常见的组合变形,弯曲正应力按对称循环,二、弯扭组合构件疲劳强度计算公式,实验结果：弯扭对称循环联合作用时，,弯扭组合疲劳强度条件为,对非对称循环（r0)时,还需计算屈服强度计算,13、9 提高构件疲劳强度的主要措施,要从影响构件疲劳强度的因素入手。,疲劳裂纹的形成,1、构件外形避免,2、增大过渡圆角半径 3、开减荷槽、退刀槽,1、加工质量 降低表面粗糙度。 2、强化表层 通过各种工艺手段,