机械设计02第2章机械零件的强度课件.ppt

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1、第2章机械零件的强度§2.1载荷与应力的分类一、载荷的分类1）循环变载荷a)稳定循环变载荷b)不稳定循环变载荷2）随机变载荷静载荷变载荷：载荷：1）名义载荷2）计算载荷1随机变应力静应力规律性不稳定变应力二、应力的分类1、应力种类变应力：不稳定变应力：稳定循环变应力22、稳定循环变应力的基本参数和种类a)基本参数应力循环特性最大应力最小应力平均应力应力幅b)稳定循环变应力种类：-1<γ<+1——不对称循环变应力γ=+1——静应力γ=–1——对称循环变应力γ=0——脉动循环变应力3注意：静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷

2、产生，也可能由静载荷产生名义应力——由名义载荷产生的应力计算应力——由计算载荷产生的应力3）名义应力和计算应力4一、单向应力下的塑性零件强度条件：或§2.2静应力下机械零件的整体强度二、复合应力时的塑性材料零件按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算由第三强度理论（最大剪应力理论）由第四强度理论：（最大变形能理论）5复合应力计算安全系数为：三、脆性材料与低塑性材料脆性材料极限应力：（强度极限）1、单向应力状态强度条件：或或失效形式：断裂6按第一强度条件：（最大主应力理论）注意：低塑性材料（低温回火的高强度钢）—强度计算应计

3、入应力集中的影响脆性材料（铸铁）—强度计算不考虑应力集中一般工作期内应力变化次数<103（104）按静应力强度计算2、复合应力下工作的零件71、失效形式：疲劳（破坏）（断裂）2、疲劳破坏特征：1）断裂过程：①产生初始裂纹（应力较大处）②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）②粗糙区（脆性断裂区）3）无明显塑性变形的脆性突然断裂4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限§2.3变应力下机械零件的整体强度一、变应力作用下机械零件的失效特征3、疲劳破坏的机理：损伤的累积4、影响因素

4、：不仅与材料性能有关，变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。8二、材料的疲劳曲线和极限应力图——疲劳极限，循环变应力下应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限疲劳寿命（N）——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N1、疲劳曲线：应力循环特性一定时，材料的疲劳极限与应力循环次数之间关系的曲线No—循环基数—持久极限1）有限寿命区当N<103(104)—低周循环，疲劳极限接近于屈服极限，按静强度计算9当N>103(104)——高周循环疲劳当时随循环次数↑疲劳极限↓注意：有色金属和高强度合金

5、钢无无限寿命区。2）无限寿命区——持久极限对称循环：脉动循环：3）疲劳曲线方程10——寿命系数∴疲劳极限几点说明：①No硬度≤350HBS钢，No=107≥350HBS钢，No=(10-25)x107有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命区②m—指数与应力与材料的种类有关。钢m=9——拉、弯应力、剪应力m=6——接触应力青铜m=9——弯曲应力m=8——接触应力11③应力循环特性越大，材料的疲劳极限与持久极限越大，对零件强度越有利。对称循环（应力循环特性=-1）最不利2、材料的疲劳极限应力图——同一种材

6、料在不同的应力循环特性下的疲劳极限图（图）对任何材料（标准试件）而言，对不同的应力循环特性下有不同的持久极限，即每种应力循环特性下都对应着该材料的最大应力=，再由应力循环特性可求出和、以为横坐标、为纵坐标，即可得材料在不同应力循环特性下的极限和的关系图12如图A′B——脆性材料所示，塑性材料类似，曲线上的点对应着不同应力循环特性下的材料疲劳极限A′——对称疲劳极限点D′——脉动疲劳极限点B——屈服极限点C——强度极限点13上各点：如果不会疲劳破坏上各点：如果不会屈服破坏折线以内为疲劳和塑性安全区，折线以外为疲劳和塑性失效区，工作

7、应力点离折线越远，安全程度愈高。材料的简化极限应力线图，可根据材料的和三个试验数据和而作出14对称极限点强度极限点脉动疲劳极限点屈服极限点简化极限应力线图：——简化极限应力图作法：考虑材料的最大应力不超过疲劳极限，得及延长线考虑塑性材料的最大应力不超过屈服极限，得15由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤以应力集中、零件尺寸和表面状态三项因素对机械零件的疲劳强度影响最大。三、影响机械零件疲劳强度的主要因素和零件极限应力

8、图1、应力集中的影响——有效应力集中系数零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感——为考虑零件几何形状的理论应力集中系数——应力集中源处名义应力——材料对应