机械强度设计计算.ppt

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1、机械强度设计计算主要内容：一、疲劳强度计算二、机械零件的抗断裂强度和接触强度三、低周疲劳和热疲劳一、疲劳强度计算1、疲劳强度破坏材料在循环应力作用下，其工作应力的最大值虽然小于材料的强度极限，但在零部件的高局部应力区，材料中较弱的晶粒在变应力下形成微裂纹，裂纹逐渐扩展导致最终的疲劳破坏。疲劳破坏的过程可分三个阶段：1）疲劳裂纹的形成2）疲劳裂纹的扩展3）瞬时断裂2、变应力的类型载荷或应力随时间变化的图形称为载荷谱或应力谱。它们可以分为以下三类：1）稳定循环变应力sm─平均应力；sa─应力幅值smax─最大应力；smin─最小应力r─应力比（循环特性）a)根据不同的

2、循环特征，稳定循环应变力又可分为：（1）非对称循环变应力-1

3、械零件的疲劳强度和疲劳寿命。3、单向稳定变应力时的疲劳强度计算进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的σmax及σmin确定平均应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力　　　　。根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C平均应力为常数σm=C最小应力为常数σmin=C4、双向稳定变应力时的疲劳强度计算当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa和

4、ta时，由实验得出的极限应力关系式为：式中ta′及sa′为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线AM'B上任何一个点即代表一对极限应力σa′及τa′。若作用于零件上的应力幅sa及ta如图中M点表示，则由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。计算安全系数：5、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性用统计方法进行疲劳强度计算按损伤累积假说进行疲劳强度计算规律性不稳定变应力若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力σ1每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的σ1对材

5、料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循环了n2次的σ2对材料的损伤率即为n2/N2，……。当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：二、机械零件的抗断裂强度和接触强度1、机械零件的抗断裂强度在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂，这种现象称为低应力脆断。通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力高），另一方面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增高而下降。因此，用传统的强度理论计算高强度材料结构的强度问题，就存在一定的危险性。为了度

6、量含裂纹结构体的强度，所以运用了应力强度因子KI（或KⅡ、KⅢ）和断裂韧度KIC(或KⅡC、KⅢC）这两个度量指标来判别结构安全性，即：KI＜KIC时，裂纹不会失稳扩展。KI≥KIC时，裂纹失稳扩展。使裂纹体断裂的主要原因是：1）载荷的大小，及其使物体形成的应力；2）裂纹的大小即裂纹的长度和深浅。经过理论推导和试验证明，裂纹物体断裂的条件与这二者所结合的一个参数有关，即应力强度因子KI。当某种材料发生脆断时的应力强度因子数值即为该材料应力强度因子的极限值，称为材料的断裂韧性。用KIC表示。2、机械零件的接触疲劳强度1）定义：当两零件以高副接触即点、线相接触时，其接

7、触的表层局部会引起较大的应力。这局部的应力称为接触应力。2）计算公式：对于线接触的情况，其接触应力可用赫兹应力公式计算。式中ρ1和ρ2分别为两零件初始接触线处的曲率半径,其中正号用于外接触，负号用于内接触。接触应力是不同于以往所学过的挤压应力的。挤压应力是面接触引起的应力，是二向应力状态，而接触应力是三向应力状态。接触应力的特点是：仅在局部很小的区域内产生很大的应力。三、低周疲劳和热疲劳1、低周疲劳1）定义：金属材料在超过其屈服强度的低频率循环应力或超过其屈服应变作用下，经102~105次循环而产生的疲劳。在火电厂应用中一般指机组启停时因热应力或离心力施加和释放的

8、循环所导致