第13章 交变应力与疲劳强度2013课件.ppt

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1、第13章交变应力与疲劳强度13.1交变应力及其循环特性13.2疲劳试验与持久极限13.3疲劳强度计算13.4提高构件疲劳强度的措施2021/7/271材料力学2021/7/27材料力学213.1交变应力及其循环特性zyRKωtKKKωtKM○Fa○○○FaaFDCBAFs○FF交变应力：随时间周期性变化的应力。一、交变应力zyRωtKt一、交变应力齿轮啮合作用力齿根弯曲正应力变化曲线齿轮根部的交变应力:2021/7/273材料力学一、交变应力电机转子偏心引起梁振动梁上危险点应力随时间变化曲线偏心转子引起梁交变应力：活塞杆内的交变应力：2021/7/274材料力学2021/

2、7/27材料力学51、疲劳失效(破坏)材料和构件在交变应力作用下发生的破坏。疲劳失效实例：疲劳源二、疲劳2021/7/27材料力学6光滑区域颗粒状区域疲劳源区1、疲劳失效2.疲劳破坏的特点(1)疲劳破坏需要经过一定数量的应力循环:Q275钢，弯曲对称循环107次。(2)破坏时，名义应力值远低于材料的静载强度极限:Q275钢，b=520MPa,但当max=220MPa时,弯曲对称循环不到107次即发生疲劳断裂。(3)破坏前没有明显的塑性变形，即使塑性很好的材料，也会呈现脆性断裂。(4)断口特征：同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区和粗糙区。光滑区粗糙区2021/7/277材

3、料力学2021/7/27材料力学8晶粒3、疲劳破坏的机理滑移带初始裂纹晶界初始缺陷滑移滑移带初始裂纹(微裂纹)裂纹扩展形成宏观裂纹脆性断裂3、疲劳破坏的机理4、疲劳破坏的危害(1)广泛性：80﹪的金属断裂事故是疲劳断裂(2)突然性：脆断前无显著变形(3)破坏性：断裂事故5、关于疲劳问题的研究最早的疲劳问题：19世纪初，机车轴疲劳断裂最早的疲劳实验：1829年，W.A.艾伯特(德)，矿山提升焊接链反复加载，105次断裂最早用“疲劳”一词：1839年，J.V.彭赛利(法)2021/7/279材料力学2021/7/27材料力学1013.1.2交变应力的循环特性1.平均应力:t一

4、个应力循环(循环周期)maxminam2.应力幅值:2021/7/27材料力学1113.1.2交变应力的循环特性循环类型定义循环特性应力曲线对称循环max与min大小相等符号相反r=-1,m=0a=max=-min脉动循环应力在某一应力与零之间变动，即min=0r=0,m=0a=m=max/2静应力应力保持不变，为交变应力的特例r=1,a=0m=max=min3.循环特性(应力比):不对称循环2021/7/27材料力学1213.2疲劳试验与持久极限13.2.1疲劳寿命在交变应力下，产生疲劳破坏所需的应力循环次数。疲劳寿命的高低与应力水平

5、有关。应力水平越高，疲劳寿命越低。分类定义特点实例高周循环疲劳应力循环次数高于104-105应力水平较低，应力与应变呈线性关系，工作应力可按静载荷公式进行计算。max远小于材料静强度指标，疲劳破坏就可能发生，静强度指标不再适用，所以必须有新的强度指标。一般振动元件和传动轴等的疲劳低周循环疲劳应力循环次数低于104-105应力水平较高，高于材料屈服极限，材料处于弹塑性状态。由于每一应力循环都将产生一定的塑性变形，所以也称为塑性疲劳。高压容器、高压管道、汽轮机某些构件的损坏2021/7/27材料力学13目的：测定疲劳强度指标设备：疲劳试验机试件：光滑小试件记录参数：S：交变应

6、力最大值max或max。N：疲劳寿命，发生疲劳断裂试件所经历的应力循环次数。13.2.2疲劳试验疲劳试验装置疲劳试件2021/7/27材料力学14疲劳试验装置13.2.2疲劳试验2021/7/27材料力学15OSSr有水平渐近线如碳钢疲劳曲线(应力-寿命曲线，S-N曲线)无水平渐近线如有色金属-lgN图2021/7/27材料力学161.持久极限光滑小试件经过无数次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值，称为材料的持久极限，记为r(r为循环特性)。这种情况存在于钢制试件。2.条件疲劳极限对于有渐近线的S-N曲线，规定经历107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受

7、无数次应力循环。对于没有渐近线的S-N曲线，规定经历(5~10)107次应力循环而不发生疲劳破坏，即认为可以承受无数次应力循环。13.2.3材料的持久极限循环基数：N0=107(钢)或N0=(5~10)107(有色金属)。材料的条件疲劳极限：疲劳寿命N=N0而不发生疲劳破坏的交变应力最大值。(也称为名义持久极限)持久极限和条件疲劳极限可统称疲劳极限。NS13.2.3材料的持久极限对称循环下的持久极限最小，所以，对称循环交变应力最为危险。2021/7/2717材料力学2021/7/27材料力学181、持久极限曲线