材料力学 中学时 教学课件 作者 赵志岗 叶金铎 等编 第十章.ppt

《材料力学 中学时 教学课件 作者 赵志岗 叶金铎 等编 第十章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一节概述第二节交变应力要素第三节材料的疲劳极限第四节构件的疲劳极限第五节对称循环疲劳强度设计第六节疲劳极限图第七节非对称循环疲劳强度设计第八节非稳定交变应力累积损伤理论简介第十章疲劳强度设计交变应力随时间作周期性循环变化的应力称为交变应力。第一节概述FFFRFR轮轴受车箱作用力F与车轮作用力FR的共同作用计算n—n截面上A点弯曲正应力为（见图）。r疲劳破坏由于交变应力作用，导致裂纹的萌生和扩展，经一定次数循环之后断裂的失效形式，称为疲劳破坏或称疲劳失效。A点正应力随时间变化规律如图所示。此种最大、最小应力及交变频率均不随时间改变的交变应力称为稳定的交变应力。疲劳破坏是

2、构件在工作应力低于抗拉强度、甚至低于屈服点的情况下突然发生的破坏，往往具有突发性；构件呈脆性断裂，即使塑性性能很好的材料在断裂前也无明显的塑性变形；疲劳破坏具有以下几个特点：构件的疲劳破坏断口明显地分为光滑区与粗糙区，其中粗糙区又称为瞬断区，断口呈颗粒状，如图所示。（瞬断区）第二节交变应力要素对于稳定的交变应力，通常是由循环特征、平均应力和应力幅三个要素定量描述的。以正应力问题为例，设某构件一点的正应力随时间变化规律如图所示。称为交变应力的循环特征，简称循环特性。循环特性r为一个纯数，当σmin和σmax同号时，其值为正；当σmin和σmax异号时，其值为负；σmin=

3、0时，其值为零。循环特性r=-1的交变应力称为对称循环应力，简称对称循环；r=0时，称为脉动循环；r=+1时为静应力，可视为交变应力的一种特殊情况。平均应力σm=(σmax+σmin)/2应力幅σm=(σmax+σmin)/2图a、b、c分别绘出了三种交变应力随时间的变化规律。a）c）b）对称循环脉动循环静应力第三节材料的疲劳极限构件在交变应力作用下，经无数次循环而不发生破坏的极限应力称为疲劳极限，记作σr：下标r表示循环特性。下面以弯曲对称循环为例，说明材料疲劳极限σ-1的测定方法。实验装置的示意简图如图所示。纯弯曲条件下，试件工作段表面最大正应力为其中，M是截面的弯

4、矩；W是抗弯截面系数。第一根试件加载时可取σmax1=0.7σb（材料的强度极限）,得到对应的疲劳寿命N1。再取第二根试件使σmax2<σmax1，按上述步骤，可得疲劳寿命N2。逐步降低试件的最大应力σmaxi可得一系列疲劳寿命Ni(i=1,2,…，n)。作出各点（Ni）的拟合曲线，称为疲劳寿命曲线，或疲劳极限曲线。试验表明：黑色金属的疲劳曲线有一水平渐近线，与之对应的应力σr即为该材料的疲劳极限。有色金属的疲劳曲线，通常取寿命No=107对应的最大应力为其疲劳极限。通常黑色金属试验，无法做到无限寿命，也取No=107对应的最大应力为其疲劳极限。对同一材料，改变循环特性r

5、，可以得到不同r值的疲劳极限曲线，如图所示。图A、C、D、E对应的应力σ-1、σ0、σ0.3和σ0.4为不同循环特性σ下的疲劳极限。测定构件疲劳极限的通常做法是：第四节构件的疲劳极限在实验测定材料疲劳极限的基础上，将构件的形状、尺寸及表面加工质量等影响因素分别独立地以系数的形式修正材料的疲劳极限，得到构件的疲劳极限。构件与试件区别很大，这种区别会显著地影响构件的疲劳极限，因而用试件测定的材料疲劳极限不能直接用作构件的疲劳极限。实践表明这种方法可以满足工程要求。亦即，若对称循环的材料疲劳极限为σ-1，则构件的疲劳极限σ-10由下式确定式中综合影响系数Kσ能综合反映构件形

6、状、尺寸及表面质量等对构件疲劳极限的影响，即式中有效应力集中系数kσ=光滑试件疲劳极限有应力集中的同尺寸试件疲劳极限尺寸影响系数ε=大直径光滑试件疲劳极限小直径光滑试件疲劳极限表面质量影响系数β=不同表面质量试件疲劳极限表面磨光试件疲劳极限第五节对称循环疲劳强度设计第六节疲劳极限图一、材料疲劳极限图在σm-σa坐标平面内，由与N0对应的A、C、D、E、B各点平均应力σm和应力幅σa确定的光滑曲线，称为材料的疲劳极限图。由上图可知：1)使用疲劳极限图，可以得到材料寿命N0的任意循环特性r的疲劳极限σr。2)循环特性r相同、平均应力σm和应力幅σa不同的交变应力，在σm-σa

7、平面内的对应点将位于同一条过原点的直线上。3)为使用方便，同时也不失安全性，工程中通常用折线ACB代替曲线ACDEB作为材料的疲劳极限曲线，折线ACB称为疲劳极限简化折线图中的疲劳极限曲线ACDEB及其简化折线ACB均不可直接应用于构件的疲劳强度设计。二、构件的疲劳极限图为得到构件的疲劳极限图，将图中对称循环疲劳极限σ-1和脉动循环疲劳极限σ0中的应力幅σa=σ0/2均除以综合影响系数Kσ，得到构件的对称循环疲劳极限(σ-1)构=σ-1/Kσ和脉动循环疲劳极限的应力幅(σa)构=σa/(2Kσ)，在图中可画出构件疲劳极限简化折