第3章疲劳强度(g)课件.ppt

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1、１.理解疲劳曲线及极限应力曲线的来源、意义及用途，能从材料的几个基本机械性能及零件的几何特性，绘制零件的极限应力简化线图；第3章机械零件的疲劳强度基本要求：２.理解疲劳极限应力图的来源及意义；*重点：机械零件疲劳强度计算#难点：非稳定变应力时的安全系数的计算３.掌握影响机械零件疲劳强度的主要因素，会查用附录中的有关线图及数表；4.会用公式计算稳定变应力时的安全系数。第3章机械零件的疲劳强度允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠的工作。计算准则：在规定的工作期间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为失效。2．破损－安全设计：1

2、．安全－寿命设计：第3章机械零件的疲劳强度2）微裂纹的扩展直至断裂.思考以下问题：疲劳断裂。3．1疲劳断裂特征变应力下，零件的强度失效形式：1、疲劳断裂分哪两个阶段?1)疲劳源的产生；3）疲劳断裂是疲劳损伤的积累，初期零件表层形成微裂纹，随N的增大裂纹扩展，扩展到断截面不足承受外载，发生断裂。2、疲劳断裂有何特征？1）断口处无明显塑性变形；2）断裂时，最大应力远低于材料的强度极限，甚至比材料的屈服极限还低；故变应力下，零件的极限应力既不能取材料的强度极限也不能取屈服极限。应为疲劳极限。3．1疲劳断裂特征3．2疲劳曲线和疲劳极限应力图3.2.1疲劳曲线1．概念1

3、)疲劳极限循环特性为r的变应力，经过N次循环，材料不发生破坏的应力最大值。2)疲劳曲线——表示循环次数N与疲劳极限间关系的关系曲线。2．典型的疲劳曲线，如图3.2（以为例）（1）有限寿命区低周循环疲劳区：疲劳极限较高，接近屈服极限，疲劳极限几乎与N无关。高周循环疲劳：3．2疲劳曲线和疲劳极限应力图疲劳极限随N的增加而降低。疲劳曲线方程：（3.1）3．2疲劳曲线和疲劳极限应力图（3.2）若已知，则N时的疲劳极限为：式中m－随材料和应力状态而定的指数；3．2疲劳曲线和疲劳极限应力图（2）无限寿命区疲劳曲线为水平线，疲劳极限不再随N的增加而变化。即大多数钢的疲劳曲线

4、类似图3.2，有些材料的疲劳曲线没有无限寿命区，如有色金属和高强度合金钢。3．关于疲劳曲线方程的几点说明：与材料有关。钢的硬度越大，越大（1）循环基数3．2疲劳曲线和疲劳极限应力图>350HB,如钢：<=350HB,可由疲劳方程求得。m的平均值，可知：如钢，拉应力、弯曲应力和切应力时m＝9。（2）指数m3．2疲劳曲线和疲劳极限应力图(4)不同r时的疲劳曲线形状相似，见图3.4但r愈大，也愈大。疲劳极限应力图用来表示材料在相同N和不同的r下的疲劳极限。坐标：简化的应力图如图3.8.（3）多数钢的疲劳曲线类似图3.2，当需作疲劳曲线时，可仿图3.2作.3.2.2疲

5、劳极限应力图1塑性材料的极限应力图如图3.6，3．2疲劳曲线和疲劳极限应力图2脆性材料、低塑性材料的极限应力图如图3.73.3影响机械零件疲劳强度的主要因素影响因素很多，有应力集中、零件尺寸、表面状态、环境介质、加载顺序和频率等。用有效应力集中系数来考虑应力集中对疲劳强度的影响。3.3.1应力集中零件受载时，在几何形状突变处（如圆角、孔、凹槽等）要产生应力集中，对应力集中的敏感还与零件的材料有关。零件尺寸的大小对疲劳强度的影响可以用尺寸系数来表示。钢、铸铁的尺寸系数各见图3.11,3.12.3.3.2尺寸的影响3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素零件加工表面质

6、量对疲劳强度的影响可以用表面状态系数来表示。试验证明：应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅有影响，对平均应力没有明显影响。3.3.4综合影响系数为此，将此三个系数合并为一综合影响系数.3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素3.3.3表面状态的影响计算时，零件的工作应力幅要乘以综合影响系数或材料的极限应力幅要除以综合影响系数。（3.7）3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素3.4.1许用疲劳极限应力图3.4许用疲劳极限应力图图3.17为许用极限应力图。1），如转轴的弯曲应力；常见的规律（如图3.18）3.4.2工作应力增长规律常将第一种称为简单加载；后两种称为复

7、杂加载。极限应力点C`的确定,见图3.18。如气缸盖的螺栓联接.如车辆减震弹簧，由于车的质量先在弹簧上产生预加平均应力，车辆运行中的振动又在弹簧产生对称循环应力；2）3.4许用疲劳极限应力图3.4.2工作应力增长规律3)规律性非稳定变应力随机性非稳定变应力3．5稳定变应力时安全系数的计算1）应力法；2）安全系数法疲劳强度计算方法：3．5稳定变应力时安全系数的计算3.5.1单向应力状态时的安全系数（r＝常数）以塑性材料为例,1．图解法，如图3.19当工作应力点C落在疲劳安全区：因r＝常数，由三角形相似，故当工作应力点C1落在塑性安全区：3．5稳定变应力时安全系数

8、的计算上述图解法也适用于求切应力时的安