材料力学-交变应力.ppt

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1、第十一章交变应力§11–1概述§11–2交变应力的几个名词术语§11–3材料持久限及其测定§11–4构件持久限及其计算§11–5对称循环下构件的疲劳强度计算交变应力§11–6持久极限曲线§11–7非对称循环下的疲劳强度计算§11–8提高构件疲劳强度的措施§11–１交变应力与疲劳失效交变应力一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化。o交变应力aaLppFSM火车轮轴简化为一外伸梁ωtydPammωtydo2134交变应力12341maxminttOωt静平衡位置tσσm生活中的交变应力？二、疲劳破坏(疲劳失效)材料在长期交变应力作用下的脆断。二、疲劳破坏(疲劳失效)4、破坏

2、断口：材料在交变应力下的失效；交变应力★特点：1、破坏时的名义应力值远低于材料在静载作用下的强度极限，甚至小于屈服极限。破坏方式：脆性断裂3、即使塑性很好的材料也无明显的塑性变形；光滑区＋粗糙区2.断裂发生要经过一定的循环次数；三疲劳失效案例案例1、传动轴的疲劳失效案例2、弹簧的疲劳失效案例3、飞机的疲劳失效案例4、推土机前联轴节疲劳失效断口四、疲劳失效的解释材料的疲劳失效是在交变应力作用下，材料中裂纹的形成和逐渐发展的结果具体过程如下：（1）、原因由于构件的形状变化、材料不均匀、表面加工质量等原因，使得构件内某局部区域的应力偏高，形成高应力区而裂纹尖端处于严重的应力集中是导致疲劳失效的主要

3、原因。构件长期在交变应力的作用下，在最不利或较弱的晶体，沿最大切应力作用面形成滑移带，滑移带开裂形成微观裂纹；（2）、微观裂纹形成分散的微观裂纹经过集结沟通，形成宏观裂纹，此即裂纹萌生的过程。(3)、宏观裂纹裂纹尖端一般处于三向拉伸应力状态，不易出现塑性变形。已形成的宏观裂纹在交变应力的作用下逐渐扩展，扩展是缓慢的并且是不连续的。因应力水平的高低时而持续，时而停滞，裂纹两侧时压、时离，似相互研磨，形成光滑区。（4）、裂纹扩展随裂纹的扩展，构件截面逐步削弱，应力增大。当削弱到一定极限时，应力增大到一定程度，在突变的外因（超载、冲击或振动）下突然断裂，断口出现粗糙区。（5）、脆断疲劳破坏产生的过

4、程可概括为：裂纹形成裂纹扩展断裂五、研究疲劳失效的意义2、飞机、车辆、机器发生的事故下，有很大比例是由于零部件的疲劳失效造成的；1、在交变应力的作用下，即使，构件在无明显的征兆情况下发生脆断；1952-1956年，英国的3架“彗星式”喷气客机空中爆炸；２００２年５月２５日，华航ＣＩ６１１班机在澎湖马公外海上空失事，机上２２５人全部遇难。飞机后部的金属疲劳造成机体在空中解体，这是导致此次空难的最大因素。失事飞机为波音７４７－２００型机，机龄超过２２年。过山车事故1998年6月3日，德国一列高速列车在行驶中突然出轨，造成100多人遇难身亡的严重后果。造成事故的原因：一节车厢的车轮内部疲劳断裂

5、而引起。据150多年来的统计，金属部件中有80％以上的损坏是由于疲劳而引起的。五疲劳失效在生活中的应用1、用钳子剪断钢丝；2、如何拔除一棵小树？3、金属疲劳断裂特性制造的应力断料机tT一点的应力由某一数值开始，经过一次完整的变化又回到这一数值的一个过程;最大应力：最小应力：；平均应力：交变应力§11–2交变应力的循环特性、应力幅和平均应力1、交变应力的参数应力幅：循环特征：满足★具体描述一种交变应力，可用最大应力和循环特性r，或用平均应力和应力幅值。2、几种典型的交变应力不等幅交变应力；等幅交变应力交变应力稳定的交变应力：不稳定的交变应力均不变，为常数不是常量为变化的（1）对称循环：交变应

6、力火车轮轴横截面边缘上点的弯曲正应力随时间作周期性变化ωAωttσ（2）非对称循环：ωt静平衡位置tσσm（3）脉动循环：交变应力tσ（4）静应力：如拉压杆t例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。材料在交变应力作用下产生疲劳失效时所经历的应力循环次数，记作N；§11–3材料持久极限及其测定疲劳寿命：与及r有关。一、材料的持久极限在一定的循环特征r下：交变应力材料经历无数次应力循环仍不发生疲劳失效的最大应力材料持久限(疲劳极限)用r表示。无限寿命疲劳极限或持久极限材料在规定的应力循环次数N

7、下，不发生疲劳失效的最大应力值，记作。疲劳极限或有限寿命持久极限：值是工程材料最常见、最基本的材料性能指标之一。测定该值的方法如下：试件：机器：d=7-10mm;表面磨光的小试件6-10根。疲劳试验机（简支梁式或悬臂梁式）二、材料在纯弯、对称循环下持久极限的测定试验装置步骤：先取，经过次循环后断裂;再取（比减少20-40MPa），经过次循环后断裂;…………N1为该组试件的平均值…………根据试验结果作疲劳强度-