15 材料力学--疲劳强度

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1、第十五章疲劳强度材料力学第十五章疲劳强度（FatigueStrength)§15–1交变应力及疲劳破坏§15–2材料的疲劳极限§15–3构件的疲劳极限及其影响因素§15–4构件的疲劳强度计算§15–5提高构件疲劳强度的措施本章习题§15-1交变应力及疲劳破坏一、交变应力(alternatingstress)：随时间循环变化的应力。循环应力随时间变化的历程称为应力谱(stressspectrum)折铁丝:交变应力④循环特征或应力比(stressratio)：③应力幅(stressamplitude)：②平均应力(meanstress)：交变应力⑴交变应力的名词术语tSSminSm

2、SmaxTSa①应力循环周期T：1对称循环⑵几种常见的交变应力：交变应力smaxsminsatssm2脉动循环交变应力smaxsmsminsatsts3静循环稳定交变应力：循环特征及周期不变。交变应力smaxmin4不对称循环[例15-1]发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN，螺纹内径为d=11.5mm，试求a、m和r。解：交变应力二、疲劳破坏(fatiguefailure)：在交变应力作用下，构件所发生的破坏。交变应力粗糙区光滑区裂纹源①应力集中区在长期交变应力作用下，逐渐形成微观裂纹，成为裂纹源。②裂纹尖端严重的应力集中

3、促使微观裂纹逐渐扩展，形成宏观裂纹。③应力的交替变化使裂纹面发生“研磨”形成光滑区。④裂纹的迅速扩展，使构件截面严重削弱，从而发生突然脆性断裂。3.断裂发生要经过一定的循环次数；2.破坏均呈脆断；4.“断口”分区明显。（光滑区和粗糙区）交变应力疲劳破坏的特点：粗糙区光滑区裂纹源疲劳强度(fatiguestrength)：构件抵抗疲劳破坏的能力§15－2材料的疲劳极限一、材料持久极限（endurancelimit）：循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可以经历无数次循环而不坏，这个限度值称为“持久极限”，用r表示。二、—N曲线（应力—寿命曲线）：N0—循环基数。r—

4、材料持久极限。A—名义持久极限。交变应力§15－3构件的疲劳极限及其影响因素一、影响构件疲劳极限的因素①有效应力集中系数Kf(effectivestressconcentrationfactor)②尺寸系数(sizefactor)交变应力③表面质量系数(surfacefactor)对称循环时：[例15-3-1]铬镍合金钢材料的阶梯轴如图，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查有效应力集中系数由表查尺寸系数交变应力②扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数由图

5、查有效应力集中系数应用直线插值法由表查尺寸系数交变应力§15-4构件的疲劳强度计算交变应力构件的疲劳强度条件：max为构件内最大的工作应力，[r]为构件的许用应力，n为规定的安全因数。一、对称循环的疲劳强度条件:交变应力构件的工作安全因数：强度条件：二、非对称循环的疲劳强度条件:交变应力三、弯扭组合变形时构件的强度条件[例15-4-1]旋转碳钢轴上，作用一不变的力M=0.8kNm，轴表面经过精车，b=600MPa，–1=250MPa，n=1.9，试校核轴的强度。解：①确定危险点应力及循环特征为对称循环交变应力③强度校核②查图表求各影响系数，计算构件持久极限(1)求K：

6、(2)求，查表得：查图(3)求，表面精车，=0.94安全交变应力§15－5提高构件疲劳强度的措施一、减缓应力集中交变应力截面尺寸突变处，采用半径足够大的过渡圆角；开减荷槽或退刀槽；角焊缝处，采用坡口焊接等。精加工；使用中避免表面受机械损伤（划伤、打印）或化学损伤（腐蚀、生锈）等。二、降低表面粗糙度三、增加表层强度可采用热处理和化学处理：表面高频淬火、渗碳、氮化等；也可采用机械的方法：滚压、喷丸等。一、选择题1、构件在临近疲劳断裂时，其内部。A、无应力集中现象；C、无明显的塑性变形；D、不存在裂纹；D、不存在应力。2、塑性较好的材料在交变应力作用下，当危险点的最大应力低于

7、屈服极限时，。A、既不可能有明显塑性变形，也不可能发生断裂；B、虽可能有明显塑性变形，但不可能发生断裂；C、不仅可能有明显的塑性变形，而且可能发生断裂；D、虽不可能有明显的塑性变形，但可能发生断裂。CD本章习题交变应力3、自行车在平路上行驶时，其前轮轴中的应力是。A、脉动循环应力；B、对称循环应力；C、非对称循环应力；D、不变的弯曲应力。4、火车运行时，其车箱轮轴中段横截面边缘上任一点的应力为。A、脉动循环交变应力；B、对称循环交变应力；C、非对称循环交应应力；D、不变的弯曲应力。AB交变应