《机械强度设计》PPT课件

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1、6机械强度设计7/17/20211强度与失效失效：产品不能完成预定功能强度：抵抗失效的能力承载变形振动摩擦腐蚀……25机械强度设计5.1常规机械强度设计5.2抗疲劳强度设计5.3损伤容限设计35.1常规机械强度设计5.1.1机械强度的安全性判据5.1.2影响安全系数的因素5.1.3安全系数计算45.1.1机械强度的安全性判据应力计算、实测许用应力由材料、结构及工况规定工作安全系数计算许用安全系数根据工况等规定55.1.2影响安全系数的因素零部件重要程度的影响：K1载荷及应力计算的准确程度的影响：K2不同失效形式的影响：K3应力集中的影响：K4截面尺寸的影响：K5表面

2、加工状态的影响：K6检验质量的影响：K76零部件重要程度系数：K17应力计算的准确度系数：K2计算公式准确，所有作用力及应力已知时，取K2=1.0；计算公式或图表，使计算所得应力较实际应力高时，取K2=1.0；计算应力较实际应力低，根据两者之差异，可选取K2=1.05—1.65；8失效形式影响系数：K3规定拉伸失效为理想失效，该失效形式下的强度极限为拉伸强度极限，K3=1.0；则在其它失效形式下，K3值分别为：塑性材料脆性材料疲劳破环9安全系数影响因素K4、K5、K6、K7K4：应力集中系数K4=σmax/σnK5：截面尺寸增大系数K5=1/εK6：表面加工状况系数

3、K6=1/βK7：检验质量系数,抽检1.15-1.30,逐个检验1.05-1.15105.1.3安全系数计算静应力下安全系数塑性材料脆性材料115.1.3安全系数计算变应力下安全系数交变应力等应力幅变应力幅复合应力对称循环非对称循环正应力剪应力12等应力幅的安全系数—对称循环强度判据疲劳极限有效值工作应力幅13等应力幅的安全系数—不对称循环不对称系数由下式求得1415变应力幅的安全系数等幅当量应力按Miner准则和S-N曲线求得16弯扭同时作用下的安全系数175.2抗疲劳强度设计5.2.1疲劳破环及疲劳过程5.2.2金属材料的疲劳特性5.2.3影响疲劳强度的因素5.

4、2.4疲劳寿命设计185.2.1疲劳破环及疲劳过程定义：材料或零构件在循环载荷作用下产生裂纹并扩展至断裂的现象称为疲劳破环。与静强度破环的主要区别：危险截面局部危险点变形过大微裂纹扩展疲劳破环静强度破环静载破坏断口疲劳破坏断口19疲劳破环特点五大特点：低应力性；突然性；时间性；敏感性；断口的疲劳特性。20疲劳破环过程裂纹扩展的第一阶段裂纹成核阶段微观裂纹扩展阶段裂纹扩展的第二阶段宏观裂纹扩展阶段断裂阶段疲劳裂纹形成阶段（寿命Ni）疲劳裂纹扩展阶段（寿命Np）21疲劳的分类按疲劳失效周次：高周疲劳、低周疲劳；按应力状态分：单轴疲劳、多轴疲劳；按载荷变化分：恒幅、变幅、

5、随机疲劳按研究对象分：材料疲劳、结构疲劳按工作环境分：常规疲劳、高温、低温、热疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、冲击疲劳、…225.2.2金属材料的疲劳特性S-N曲线235.2.2金属材料的疲劳特性疲劳极限线图：将不同r下的疲劳极限画到一个图上史密斯疲劳极限线图哈埃疲劳极限线图0245.2.2金属材料的疲劳特性循环应力—应变下的材料特性材料的循环硬化和循环软化255.2.2金属材料的疲劳特性循环应力—应变下的材料特性循环应力—应变曲线265.2.3影响疲劳强度的因素材料组织成分、结构的影响；零部件形状、尺寸和表面状况的影响；工作载荷特性的影响；服役环境和条件的影响。275.

6、2.3影响疲劳强度的因素1.应力集中的影响应力集中：外形突然变化或材料不连续地方，常产生很大的局部应力理论应力集中系数ασ、ατ：在弹性变化范围内材料的局部应力峰值σmax与名义应力σ之比有效应力集中系数Kσ、Kτ：实际衡量应力集中对疲劳强度影响的系数285.2.3影响疲劳强度的因素2.尺寸影响尺寸效应：疲劳强度随零件尺寸增大而降低的现象尺寸系数εσ、ετ：一般零部件或试样的疲劳极限与几何相似的标准试样的疲劳极限之比295.2.3影响疲劳强度的因素3.表面加工方法的影响不同表面加工的影响：表面加工系数β1、腐蚀系数β2、表面强化系数β3表面加工系数：某种加工表面的标

7、准光滑试样与磨光（国外为抛光）的标准光滑试样疲劳极限之比305.2.4疲劳寿命设计1.疲劳寿命设计的基本思想：疲劳累积损伤理论当材料承受高于疲劳极限的应力时，每一循环都使材料产生一定量的损伤，这种损伤能够累积，当损伤累积到某一临界值时将产生破坏。Miner线性累积损伤理论相同应变幅值和平均应力的ni个应变和应力循环将按线性累加，造成ni/Ni的损伤，即消耗掉ni/Ni部分疲劳寿命；当损伤按线性累加达到1时，疲劳破坏就发生了。315.2.4疲劳寿命设计Miner线性累积损伤理论基础疲劳极限：σr条件疲劳极限：σrN以σi循环ni次造成的损伤：ni/Ni；各个不同σ