材料力学--交变应力.

第十一章交变应力AlternatingStress静力——强度刚度拉（压）、剪、扭、弯及其组合稳定动力——等加速度平动、匀速转动冲击交变应力主要内容•交变应力和疲劳破坏•循环特性、平均应力和应力幅度•材料的持久极限(疲劳极限)及其测定•影响构件持久极限(疲劳极限)的主要因素•对称循环的疲劳强度计算•不对称循环、弯扭组合交变应力的强度计算一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，称为交变应力§11–1交变应力和疲劳破坏（FatigueFailure）tydo4312zytoaaLFF交变应力的例子——观察车轮上一个点二疲劳破坏的特点:2.断裂发生要经过一定的循环次数3.破坏均呈脆断4.“断口”分区明显（光滑区和粗糙区）材料在交变应力下的破坏，称为疲劳破坏三、疲劳破坏的发展过程1.高应力区在交变应力下出现微裂缝——裂纹源2.裂纹源尖端的应力集中，使裂纹扩展——宏裂纹3.宏裂纹两侧时压、时离，似相互研磨，形成——光滑区4.裂纹削弱的截面，应力增大到一定程度，在突加的外因（超载、冲击或振动）下突然断裂，断口出现——粗糙区5.因裂纹尖端为3向应力状态故为出现脆性断裂一、循环特性（应力比）三、应力幅二、平均应力smsminsmaxsaTts§11.2循环特性、平均应力和应力幅度四、几种特殊的交变应力：1.对称循环：smtsminsmaxsaTs2.脉动循环3.静循环stst例1发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Fmax=58.3kN最小拉力Fmin=55.8kN，螺纹内径d=11.5mm求sa、sm和r解：例题：一、材料疲劳极限：循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称为“持久极限或疲劳极限”，用sr表示二、s—N曲线（应力—寿命曲线）：N0—循环次数sr—材料疲劳极限sA—条件（名义）疲劳极限N(次数)ssANAsrN0§11.3材料持久(疲劳)极限§11.3影响构件疲劳极限的主要因素1、构件外形的影响（应力集中会显著降低构件的疲劳极限）2、构件尺寸的影响（随着试件横截面尺寸的增大，疲劳极限会相应地降低）3、构件表面质量的影响（表面质量越高，疲劳极限越高）一、构件外形（应力集中）的影响ks—有效应力集中因数：一般来说:静载抗拉强度越高,有效应力集中因数越大,既对应力集中越敏感.s—尺寸因数：二、构件尺寸的影响试样横截面尺寸增大,持久极限相应降低,因大试样中处于高应力状态的晶粒多,形成疲劳的机会更多.—表面质量因数：三、构件表面质量的影响构件sr0与sr的关系：如果循环应力为切应力，将正应力换为切应力即可对称循环下，r=-1。上述各系数均可查表而得例铬镍合金钢阶梯轴sb=920MPa，s–1=420MPa–1=250MPa，求弯曲和扭转时的有效应力集中因数和尺寸因数.解：1.弯曲时的有效应力集中因数和尺寸因数由图可表查有效应力集中因数f50f40r=52.扭转时的有效应力集中因数和尺寸因数由图表查有效应力集中因数应用直线插值法由表查尺寸因数由表查尺寸因数提高构件疲劳强度的主要措施1、减缓应力集中（会显著提高构件的疲劳极限）2、提高表面光洁度（表面质量越高，疲劳极限越高）3、增强表面强度（降低表面裂纹出现概率）一、对称循环下构件的疲劳许用应力二、对称循环下构件的疲劳强度条件:§11.5对称循环的疲劳强度计算例旋转碳钢轴上作用一不变的力偶M=0.8kN·m，轴表面经过精车，sb=600MPa，s–1=250MPa，规定n=1.9校核轴的强度解：1.确定危险点应力及循环特征为对称循环f70f50r=7.5MM3.强度校核2.查图表求各影响因数，计算构件疲劳极限求ks：求s：查图得查图得求：表面精车，=0.94安全§11.6持久极限曲线•非对称情况的持久极限,可由则定对称循环相似的方法,在给的给定的循环下进行疲劳测试,得相应的应力—寿命曲线.•若以平均应力为横轴,应力幅为纵轴,对任一应力循环,由它的平均应力和应力幅便可得到坐标中对应的点.asms循环特征相同的点都应在同一射线上,离原点越远越大.只要不超过该循环特征的持久极限,就不会出现疲劳失效.asmsoP坐标中的每一条射线上都有一个持久极限的临界点将这些临界点连成的曲线称为持久曲线.msasAC上的点都与持久极限相对应,这些点的坐标记为:ssss22tan001rmrassss1AC方程:msasrarmss,教材上有。与材质有关，常用的ss不对称循环下构件的疲劳强度计算构件安全因数:marKnsssssssss1max强度条件nns另外,对r0的情况,还应补充静强度校核ssnnmaxsss弯扭组合交变应力的强度计算构件安全因数:（若对称循环）11sssssKn强度条件nnnnnn22sss如果是非对称循环的弯扭组合,应按非对称循环公式求snn，11Kn谢谢大家！