机械零件的疲劳强度ppt课件.ppt

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1、第二章机械零件的疲劳强度§2—1载荷与应力的分类一、载荷的分类1）循环变载荷2）随机变载荷静载荷变载荷：载荷：1）名义载荷P2）计算载荷Pca=KP载荷大小和方向是否变化载荷理论值和实际作用效果1随机变应力静应力：静应力只能由静载荷产生规律性非稳定变应力二、应力的分类1、应力种类变应力：2)非稳定变应力：a)规律性非稳定变应力、b)随机性非稳定变应力，应用书p181)稳定循环变应力:应力随时间按一定规律周期性变化,而且变化幅度保持常数的变应力22、稳定循环变应力的基本参数和种类b)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a)稳定循环变应

2、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——脉动循环变应力应力幅：动载分量平均应力：静载分量3注意：静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷产生，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41、失效形式：疲劳（破坏）（断裂）2、疲劳破坏特点：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，断裂。2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）；摩擦和挤压作用产生②粗糙区（脆性断裂区）3）破坏时的应

3、力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限§2-2机械零件的疲劳强度计算一、变应力作用下机械零件的失效特点3、疲劳破坏的机理：损伤的累积（p17)4、影响因素：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。5二、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：一批标准试件，应力循环特性一定时（通常r=-1或r=0)，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

4、限寿命区a)当N<103(104)—低周循环疲劳，疲劳极限接近于屈服极限，按静强度计算绝大多数通用零件，受变应力作用时，应力循环次数一般都大于1046b)当N>103(104)——高周循环疲劳,当时随循环次数↑疲劳极限↓,是有限疲劳强度设计中应用最多的区段2）无限寿命区——持久极限对称循环持久极限为：脉动循环：3）疲劳曲线方程注意：1)有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。2)无限寿命:指零件承受的变应力水平低于或等于材料的疲劳极限，工作应力总循环次数可大于循环基数，并不是说永远不会产生破坏7——寿命系数∴疲劳极限几点说明：②m—指数与应力与材料的

5、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①No：　　材料的疲劳极限　是在N=N0时求得，当N>N0时，取N=N0时计算，各种金属材料的No大致在106～25X107之间，但通常在107下求得，所以算KN时，No=107如硬度≤350HBS钢，如N>107取N0=107≥350HBS钢，如N>25X107取N0=25X107有色金属(无水平部分)，规定当N0>25x107时,取N0=25X1078③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

6、）最不利2、材料的疲劳极限应力图——同一种材料在不同的应力循环特性下的疲劳极限图（图）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9如图A′D′B——塑性材料所示，脆性材料类似如书p23图2－6　b)，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——强度极限点(静应力）C——屈服极限点10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，可根据材料的三个试验数据

7、和而作出11对称极限点强度极限点脉动疲劳极限点屈服极限点12从上图根据A′和D′可以求得A′G′方程13对于低塑性和脆性材料的疲劳极限应力图，疲劳极限方程为：14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。§2-3影响机械零件疲劳强度的主要因素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

8、有关，一般材料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感,铸铁对应力集中不敏感接近于零——为考虑零件几何形状的理论应力集中系数——应力集中源处