第10章 交变应力与疲劳强度.ppt

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1、1交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，称为交变应力折铁丝I、金属材料的疲劳破坏PP第10章交变应力与疲劳强度目录2疲劳破坏：材料在交变应力下的破坏光滑区域颗粒状区域I、金属材料的疲劳破坏目录3I、金属材料的疲劳破坏目录4疲劳源I、金属材料的疲劳破坏目录5I、金属材料的疲劳破坏目录6（1）破坏时，名义应力值远低于材料的静载强度极限；（3）破坏前没有明显的塑性变形即使韧性很好的材料，也会呈现脆性断裂；（2）交变应力作用下的疲劳失效需要经过一定数量的应力循环；（4）同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状区域。疲劳破坏的特征目录7疲劳破坏的发展过程1

2、.高应力区在交变应力下出现微裂缝——裂纹源2.裂纹源尖端的应力集中，使裂纹扩展——宏裂纹3.宏裂纹两侧时压、时离，似相互研磨，形成——光滑区4.裂纹削弱的截面，应力增大到一定程度，在突加的外因（超载、冲击或振动）下突然断裂，断口出现——粗糙区5.因裂纹尖端为3向应力状态故为出现脆性断裂滑移带初始裂纹晶界目录8随着时间的变化，应力在一固定的最小值和最大值之间作周期性的交替变化，应力每重复变化一次的过程称为一个应力循环。一个应力循环tOII、交变应力的基本参量，疲劳极限目录9aalpp交变应力的例子——观察车轮上一个点ydo4312zytto1123423II、

3、交变应力的基本参量，疲劳极限目录10广义应力S：正应力时，S=σ切应力时，S=τSmin——最小应力Smax——最大应力II、交变应力的基本参量，疲劳极限目录11平均应力应力幅循环特性（应力比）r：II、交变应力的基本参量，疲劳极限目录12r=0：脉动应力循环r=-1：对称应力循环r=1：静应力SSmanSmint几种特殊的交变应力：目录tTt13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d=11.5mm。求Δ、m和r。解：例题1目录14疲劳强度设计的依据－疲劳极限疲劳极限－经过无穷多次应力循环而不发生

4、疲劳失效时的最大应力值。又称为持久极限。疲劳极限由疲劳实验确定II、交变应力的基本参量，疲劳极限目录15疲劳试验装置疲劳试样II、交变应力的基本参量，疲劳极限目录16应力－寿命曲线II、交变应力的基本参量，疲劳极限目录17条件疲劳极限对于有渐近线的S－N曲线，规定经历107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受无穷多次应力循环。II、交变应力的基本参量，疲劳极限目录对于没有渐近线的S－N曲线，规定经历2107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受无穷多次应力循环。18从图可以得出三点结论：对于疲劳，决定寿命的最重要因素是应力幅Δσ。(2)材料的疲劳寿命

5、N随应力幅Sa的增大而减小。(3)存在这样一个最大应力，低于该应力，疲劳破坏不会发生，该最大应力称为疲劳极限，记为Sr，如对称循环下的疲劳极限为S-1，脉动循环下为S0。OII、交变应力的基本参量，疲劳极限目录19低碳钢，静强度极限弯曲疲劳极限拉压疲劳极限实验表明，钢材的静强度极限与疲劳极限间有一定关系，如：II、交变应力的基本参量，疲劳极限目录20（1）应力集中的影响；（2）构件尺寸的影响；（3）表面加工质量的影响；兼顾如下主要影响因素，并考虑适当的安全因数：一般构件传统疲劳设计理念建立疲劳强度条件，即最大应力不超过许可值。目录21钢结构构件及其连接的疲劳计

6、算对于存在残余应力的构件，如焊接钢结构构件，原始应力已经接近或达到屈服极限σs，以最大应力为计算、评价基准不再可行，通常用应力幅Δσ代替最大应力。常幅疲劳——应力循环中应力幅不变。变幅疲劳——应力循环中应力幅有起伏。目录22疲劳试验表明，常幅疲劳在常温、无腐蚀环境下，应力幅Δσ和循环次数N间存在对数关系：或其中β、a是与构件及连接类别有关的两个参数。Δσ和N的对数关系曲线目录I、常幅疲劳的疲劳强度条件23常幅疲劳许用应力幅的实用表达式：C是与构件和连接的种类及其受力情况有关的参数。列于教材表6-1。上式适用于焊接钢结构的各类构件和连接。构件连接的分类列于教材表

7、6-2。目录I、常幅疲劳的疲劳强度条件24I、常幅疲劳的疲劳强度条件疲劳强度条件其中Δσ为危险点处应力循环中的应力幅；焊接部位：非焊接部位：[Δσ]为许用应力幅σmax和σmin按弹性状态计算。钢结构设计规范中规定，循环次数N>105时，应进行疲劳计算；而应力循环中不出现拉应力不需验算疲劳强度。目录25例题2一焊接箱型钢梁在跨中截面受到Fmin=10kN和Fmax=100kN的常幅交变荷载作用，跨中截面对其形心主轴z的惯性矩Iz=68.5×10-6m4。该梁由手工焊接而成，属第四类构件，欲使构件在服役期限内，能经受2×106次交变荷载作用，试校核其疲劳强度。目

8、录26解：（1）计算危险点处的应力幅危