第3章机械零件的强度_2

第三章机械零件的强度§3-1材料的疲劳强度§3-2机械零件的疲劳强度§3-3机械零件的抗断裂强度§3-4机械零件的接触强度§3-5机械零件可靠性设计简介121988年德国高铁事故34t静应力：不随时间变化或变化缓慢变应力：随时间变化tt2稳定循环变应力§3-1材料的疲劳强度5非稳定循环变应力随机变应力6σmax—最大应力σmin—最小应力σm—平均应力σa—应力幅r—应力比（循环特性）稳定循环变应力的参数有5个，其中只有2个参数是独立的。t2minmaxm2minmaxaamminammaxmaxminr71、非对称循环变应力（-1r1）2、对称循环变应力（r=-1）naFaFaFFnaminmaxa0mota=maxminotamminmax83、脉动循环（r=0）Fan0min2maxamotammaxt94、静应力（r=1）aaFaF1011例1.已知：max=200MPa，r=－0.5，求：min、a、m。例2.已知：a=80MPa，m=40MPa。求：max、min、r。12MPa50MPa2)100(2002minmaxmMPa150MPa2100--2002minmaxa）（MPa100MP2005.0maxminar例1已知：max=200MPa，r=－0.5，求：min、a、m。解：13例2已知：a=80MPa，m=40MPa。求：max、min、r。解：MPa40-MPa80-MPa40amminMPa120MPa80MPa40ammax31-12040-maxminr材料的疲劳极限σrN：在应力比为r的循环变应力作用下，应循环N次后，材料不发生疲劳破坏所能承受的最大应力σmax。材料的疲劳寿命N：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。在疲劳强度计算中，材料的极限应力σlim=σr。变应力下零件的的强度准则为σca≤σr。14CNmrNCNNmrmrN0rNmrrNKNN0材料的σ-N疲劳曲线CBD有限寿命区无限寿命区低周疲劳高周疲劳N0NNσσr104103OAσrN1516已知45钢的疲劳极限-1=270MPa，疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次。求当应力循环次数N=104次时，其相应的有限寿命疲劳极限为MPa。17已知45钢的疲劳极限-1=270MPa，疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次。求当应力循环次数N=104次时，其相应的有限寿命疲劳极限为MPa。MPa539MPa2701010594601-1-mNNN不同应力比r下的σ-N疲劳曲线18σ0N104N0NCDNσmaxσ-1Nσ-1r=-1r=0r=0.4r=0，σr=σ0r=-1，σr=σ-1σ0.4Nσ0σ0.4O等寿命疲劳曲线（某一给定循环次数）θammax19M´等寿命疲劳曲线σaσaσmmσmaθmamatantan1tan-1/1/1mamaamammaxminr20OM´M等寿命疲劳曲线A´—对称疲劳极限点D´—脉动循环疲劳极限点F—强度极限点C—屈服极限点OCFD´A´45°0/2a0/2-1SBm21A´am45°45°OFCD´G´SB0/2σ-1σ0/2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。材料的极限应力线图（折线简化）22材料的极限应力线图已知：σ-1，σ0，σs（循环次数N=N0）作图如下：1）标出A＇(0，σ-1)，D＇(σ0/2,σ0/2)，C(σs,0)三点；2）连接A＇D＇并延长；3）过C作与横轴成135°的直线与A＇D＇连线或其延长线交于G＇点。2300100122/2/tanγA´σmσaC45°σ0/2OG´D´σ0/2σ-1σS24ma1MNmaγA´σmσaC45°σ0/2OG´D´σ0/2σ-1σSM´-1r00r1maS25γA´σmσaC45°σ0/2OG´D´σ0/2σ-1σSM´N´mamaamammaxmin/1/1r26amammaxmaxlimcaSmaγA´σmσaC45°σ0/2OG´D´σ0/2σ-1σSM´Mσaσm27NγA´σmσaC45°σ0/2OG´D´σ0/2σ-1σSN´σmσaamSamammaxmaxcaS28作业（P45）3.2已知材料的σS=260MPa，σ-1=170MPa，φσ=0.2。试绘制此材料的极限应力线图。29影响机械零件疲劳极限的因素1）应力集中的影响：kσ１2）尺寸及截面形状的影响：εσ１（尺寸越大，εσ越小）3）表面状态的影响：加工质量βσ１（加工质量越高，βσ越大）强化因素βq1综合影响系数Kσe1-1-K30§3-2机械零件的疲劳强度q111kK零件的极限应力线图K1e1K0e0零件D´DG´A´GOAσaσ0/2σ-1σ-1eσ0e/2σ0/2σS材料C45°45°σm31零件的极限应力线图已知：σ-1，σ0，σs，Kσ（循环次数N=N0时）作图如下：1）标出A（0，σ-1e），D（σ0/2,σ0e/2），C（σs,0）三点；2）连接AD并延长；3）过C作与横轴成135°的直线与AD延长线交于G点。32零件的极限应力线图零件D´DG´A´GOAσaσ0/2σ-1σ-1eσ0e/2σ0/2σS材料C45°45°σmγγeKKKK001001ee22/2tan33零件的极限应力线图零件D´DG´A´GOAσaσ0/2σ-1σ-1eσ0e/2σ0/2σS材料C45°45°σmγγemeeae1e-meae1-K34SKSma1-maxmaxca1）应力比r=Cσ-1eσaσmOAM´MσmσaGCσSmamamamama/1/1/1/1r单向稳定变应力时零件的疲劳强度35SSmaSmaxScaσ-1eσaσmOAN´NσmσaGCσSma36C'Camtamminmax'max'min2）平均应力σm=C37σmHσ-1eσaσmOAM´MσaGCσSaSKKSamm1-maxmaxca-38SSmaSmaxScaσmHσ-1eσaσmOAN´NσaGCσSa39C'Camσtσmin3）最小应力σmin=C40σmIJσ-1eσaσmOAM´MσminσaGCσSma45°SKKSminamin1-maxmaxca2-241SSmaSmaxScaσmIJσ-1eσaσmOAN´NσminσaGCσSma45°42σmin0σ-1eσaσmσSAM´Mσmσminσa45°GOCIJma43已知：某零件材料的机械性能为σ-1=600MPa，σ0=1000MPa，σS=800MPa。（1）试画出材料的简化极限应力图；（2）如果疲劳强度综合影响系数Kσ=2.0，绘制此零件的简化极限应力图；（3）若零件所受的最大应力σmax=500MPa，应力循环特性系数r=0.20，求平均应力和应力幅并在图中标出工作点；（4）在上述情况下零件的计算安全系数为多少？44O800600500500σSσ-1(σ0/2,σ0/2)σmσaCA´D´45已知：某零件材料的机械性能为σ-1=600MPa，σ0=1000MPa，σS=800MPa。（1）试画出材料的简化极限应力图；（2）如果疲劳强度综合影响系数Kσ=2.0，绘制此零件的简化极限应力图；（3）若零件所受的最大应力σmax=500MPa，应力循环特性系数r=0.20，求平均应力和应力幅并在图中标出工作点；（4）在上述情况下零件的计算安全系数为多少？46O800600500500σSσ-1(σ0/2,σ0/2)σmσaσ-1e(σ0/2,σ0e/2)300A´D´AD250C47已知：某零件材料的机械性能为σ-1=600MPa，σ0=1000MPa，σS=800MPa。（1）试画出材料的简化极限应力图；（2）如果疲劳强度综合影响系数Kσ=2.0，绘制此零件的简化极限应力图；（3）若零件所受的最大应力σmax=500MPa，应力循环特性系数r=0.20，求平均应力和应力幅并在图中标出工作点；（4）在上述情况下零件的计算安全系数为多少？48解：（3）MPa100MPa5002.0maxminrMPa300MPa21005002minmaxmeMPa200MPa21005002minmaxae49O800600500500σSσ-1(σ0/2,σ0/2)σmσaσ-1e(σ0/2,σ0e/2)300M200300D´AA´250DC50已知：某零件材料的机械性能为σ-1=600MPa，σ0=1000MPa，σS=800MPa。（1）试画出材料的简化极限应力图；（2）如果疲劳强度综合影响系数Kσ=2.0，绘制此零件的简化极限应力图；（3）若零件所受的最大应力σmax=500MPa，应力循环特性系数r=0.20，求平均应力和应力幅并在图中标出工作点；（4）在上述情况下零件的计算安全系数为多少？511）r=0.2O800600500500σSσ-1(σ0/2,σ0/2)σmσaσ-1e(σ0/2,σ0e/2)300390260200300MM´D´AA´DC52解：（3）2.05005006002/2/0011）应力比r=0.2304.13002.02002600meae1-caKS53amammaxmaxcaSO800600500500σSσ-1(σ0/2,σ0/2)σmσaσ-1e(σ0/2,σ0e/2)300390280200300MM´D´AA´DC2）σm=300MPa54解：（3）14.13002002300.20-2600-aemem1-caKKS2）平均应力σm=300MPa55amammaxmaxcaS3）σmin=100MPaO800600500500σSσ-1(σ0/2,σ0/2)σmσaσ-1e(σ0/2,σ0e/2)300360260200300MM´D´AA´DC563）最小应力σmin=100MPa254.1)10020022.021002.0-260022-2minaemin1-ca（）（）（KKS57amammaxmaxcaS单向不稳定变应力下零件的疲劳强度疲劳损伤累积假说（Miner法则）1332211NnNnNnCNNNNmmmm0133221158正好发生破坏未发生损坏Miner法则1101mzimiiNnmiiNN10CNNmimi0111ziiiNn1101mzimiiNn5