工程力学(静力学与材料力学)第16章疲劳强度问题课件.ppt

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1、第10章疲劳强度问题本章主要研究：循环应力与疲劳的概念材料的疲劳强度构件的疲劳强度与分析计算提高构件疲劳强度的措施§1引言§2循环应力及其类型§3S-N曲线与材料的疲劳极限§4影响构件疲劳极限的主要因素§5对称循环应力下构件的强度计算§6非对称与弯扭组合循环应力下构件的强度计算§7变幅循环应力与累积损伤概念简述§1引言循环应力疲劳破坏及其特点循环应力实例载荷F的大小循环变化,联杆内应力随之变化每个齿随齿轮转动循环受力，齿内应力循环变化单辉祖-材料力学教程4起落架因飞机起落而反复受载（载荷不变,轴转动）单辉祖-材料力学教程5循环应力－随时间循环变化的应力（也称交变

2、应力）循环应力的变化幅度，可能是恒定的,也可能是变化的循环应力恒幅循环应力变幅循环应力单辉祖-材料力学教程6疲劳破坏及其特点在循环应力作用下，材料或构件产生可见裂纹或完全断裂的现象－称为疲劳破坏，简称疲劳在循环应力作用下，如果应力足够大，并经历应力的多次循环后，构件将产生可见裂纹或完全断裂疲劳破坏单辉祖-材料力学教程7疲劳破坏特点钢拉伸疲劳断裂破坏时应力低于sb，甚至ss即使是塑性材料，也呈现脆性断裂断口通常呈现光滑与粗粒状两个区域断疲劳破坏过程，可理解为裂纹萌生、逐渐扩展与最后断裂的过程单辉祖-材料力学教程8§2循环应力及其类型恒幅循环应力描述恒幅循环应力的类型

3、恒幅循环应力描述恒幅循环应力较常见，也是分析变幅循环应力问题的基础两种描述方式：最大应力smax与最小应力smin平均应力sm与应力幅sa单辉祖-材料力学教程10恒幅循环应力的类型循环应力变化特点，影响材料与构件的疲劳强度－应力比或循环特征对称循环应力脉动循环应力非对称循环应力－所有r-1的循环应力单辉祖-材料力学教程11§3S-N曲线与材料的疲劳极限疲劳试验S-N曲线与材料的疲劳极限疲劳试验旋转弯曲疲劳试验采用小尺寸（6~10mm）光滑标准试样（为一等强梁）轴向拉压疲劳试验机单辉祖-材料力学教程13S-N曲线与材料的疲劳极限S-N曲线-应力S（s或t）与

4、相应应力循环数（或寿命）N的关系曲线持久极限-材料能经受无限次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值，用sr或tr表示，r－循环特征s/MPasbssN钢sr－持久极限单辉祖-材料力学教程14N0－某指定寿命－材料疲劳极限或条件疲劳极限材料的持久极限与疲劳极限，统称为材料的疲劳极限单辉祖-材料力学教程15§4影响构件疲劳极限的主要因素构件外形的影响构件横截面尺寸的影响构件表面加工质量的影响构件外形的影响应力集中促使疲劳裂纹的形成，对构件疲劳强度的影响很大－存在应力集中试样的疲劳极限－不存在应力集中试样的疲劳极限R愈小,Ks愈大sb愈高，应力集中对sr的影响愈显著K

5、s－有效应力集中因数单辉祖-材料力学教程17应尽量减小应力集中，特别对于高强度材料构件增大圆角半径减小相连杆段的横向尺寸的差别将必要的孔与沟槽等配置在低应力区采用凹槽与卸荷糟等单辉祖-材料力学教程18构件横截面尺寸的影响试验：弯、扭疲劳极限随构件横截面尺寸增大而减小－标准试样的疲劳极限－大尺寸试样的疲劳极限d愈大,sr降低愈多sb愈高,sr降低愈多es,et－尺寸因数单辉祖-材料力学教程19构件表面加工质量的影响最大应力发生在构件表层，构件表面又常存在各种缺陷，故构件表面加工质量与表层状况对疲劳强度存在影响表面加工质量愈低,sr降低愈多；sb愈高，加工质量对s

6、r的影响愈大b－表面质量因数对于重要构件,尤其存在应力集中的部位,应特别讲究表面加工方法,愈采用高sb材料,愈重要提高构件表层材料的强度、改善表层应力状况，例如渗碳、渗氮、高频淬火、表层滚压与喷丸等单辉祖-材料力学教程20§5对称循环应力下构件的疲劳强度计算对称循环疲劳强度条件例题对称循环疲劳强度条件构件疲劳极限与许用应力构件疲劳强度条件（轴）（拉压杆与梁）构件疲劳极限构件疲劳许用应力nf－疲劳安全因数单辉祖-材料力学教程22smax,tmax－最大工作应力（名义应力）[s-1],[t-1]－对不同截面一般不同疲劳强度条件的另一种表示形式：单辉祖-材料力学教程23

7、例题例5-1铬镍合金钢轴，承受对称循环交变弯矩，Mmax=700N.m,校核疲劳强度。D=50mm，d=40mm,R=5mm,sb=1200MPa,s-1=480MPa,nf=1.6，表面精车加工。解：1.工作应力计算危险截面：A-A单辉祖-材料力学教程242.确定影响因数3.校核疲劳强度单辉祖-材料力学教程25§6非对称与弯扭组合循环应力下构件的疲劳强度计算非对称循环疲劳强度条件弯扭组合循环疲劳强度条件非对称循环应力下构件的疲劳强度条件s0,t0－材料在脉动循环应力下的疲劳极限疲劳强度条件（应力