华中科技大学―机械设计―第02章机械设计中的强度问题ppt课件.ppt

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1、强度（Strength）抵抗断裂、点蚀及塑性变形等破坏性失效的能力第2章机械设计中的强度问题强度约束：载荷(Load)：作用在零件上的外力、弯矩、扭矩以及冲击能量等1)根据性质分类：静载荷(StaticLoad)动载荷(VaryingLoad)一、载荷和应力(LoadandStress)如：重力、匀速转动时所受离心力等如：行驶在路面的汽车内零件所受的载荷、刀具所受的切削力等2)根据计算方法分类：工作载荷(workingload)：名义载荷(nominalload)：机器正常工作所受的实际载荷机器在理想和稳定条件下的载荷

2、计算载荷(computationalload)：考虑机器工作中所受的各种附加载荷而得到的载荷K(loadfactor)：载荷系数12近替似代实际载荷，设计时均用此载荷计算载荷=K×名义载荷可根据原动机的额定功率或工作阻力按理论力学的方法求出应力静应力(staticstress)变应力(varyingstress)变应力稳定循环不稳循环随机(random)T、sa、sm不随时间而变T、sa、sm之一随时间而变随机变化，均不确定tttsss主要讨论稳定循环变应力！0003)应力(stress)稳定循环变应力的几个主要参数：

3、最大应力(maximumstress)最小应力(minimumstress)平均应力(meanstress)应力幅(stressamplitude)应力循环特征(stressratio)smax和smin同侧时，r为正值;异侧时，r为负值ts0最大、最小应力对应波峰、波谷，且五个参数中只有两个是独立的！几种典型的稳定循环变应力：对称循环（repeatedandreversedstress）脉动循环（repeated,one-directionstress）静应力(staticstress)非对称循环变应力（fluctu

4、atingstress）材料不变时，一般来讲，r越小（越接近-1），循环次数N越多，零件越容易损坏ts0ts0ts0ts0nts请确定下图轴上任一点N所受弯曲应力的应力循环特征值r。变应力既可由变载产生，也可由静载产生！答：当轴静止时，弯曲应力为静应力，r=+1。当轴转动时，弯曲应力为对称循环变应力，r=-1。N例题1:请确定下图弹簧上任一点所受弯曲应力的应力循环特征值r。例题2:二、静应力作用下的强度问题——零件发生破坏、失去承载能力时的应力脆性材料：塑性材料：例如：sb=200MPa45：sb=650MPass=3

5、60MPa静应力作用下的极限应力：灰铸铁：静应力作用下的失效：断裂或塑性变形强度准则：变应力作用下的主要失效：疲劳断裂强度约束：变应力作用下极限应力slim或tlim到底为多少？如何确定？初始裂纹疲劳区(光滑)粗糙区轴实验发现：变应力作用下零件发生疲劳断裂时的应力远低于强度极限sb即：slim

6、材料的极限应力材料的疲劳极限零件的疲劳极限用标准试件进行强度试验，断裂时的应力值，即为材料的极限应力如果是疲劳强度试验，则发生疲劳断裂时的最大应力值即为材料的极限应力。此时的极限应力不唯一，与多种因素有关如果是静强度试验，则材料的极限应力是固定值(屈服极限或强度极限)为示区别，变应力作用下的极限应力也叫疲劳极限应力1）不同循环次数N时的材料的疲劳极限NssrN1srN2N1N2N0S-N曲线sr应力越小，寿命越长低、中碳钢，N0=106~107合金钢、有色金属,N0=108或5×108对于中、低碳钢，当N达到某数值N0

7、时，疲劳曲线变为水平——不存在水平段疲劳曲线上任一点的纵坐标即为在相应寿命下的材料的极限应力疲劳曲线说明：在有限寿命期内，试件经过一定次数的变应力作用后，总会发生疲劳破坏;而K点以后，如果作用的变应力最大应力小于K点的应力，则无论循环多少次，材料都不会破坏K以K为界，左边为有限寿命区；右边为无限寿命区NssrN1srN2N1N2N0S-N曲线srsr—材料的疲劳极限srN—材料的条件疲劳极限N0—循环基数如s-1、s0分别表示对称、脉动循环变应力作用下的材料的疲劳极限，可查手册得到有限寿命期内（当N＜N0）：=常数寿命

8、系数无限寿命期内（当N≥N0）：无限寿命时疲劳极限均为sr例如某种材料，在不同r作用下的疲劳曲线如下图：如：s-1=49MPas-0.5=62MPas0=66MPas0.25=78MPas0.6=91MPa如何求取不同r下的材料的疲劳极限sr？2）不同循环特征r时的材料的疲劳极限借助极限应力图，可得到各种循环特征值r下的疲劳极限s