第三章强度理论PPT讲稿.ppt
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1、第三章强度理论第1页,共37页,编辑于2022年,星期二 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性1.载荷由于机器在运转过程中,会产生惯性力或冲击、震动等,这将引起载荷发生变化,因此,静载荷静载荷变载荷变载荷载荷按大小和方向是否随时间变化分为:在机械零件的设计计算中,又将载荷分为:名义载荷:计算载荷:不随时间变化或变化缓慢的载荷随时间作周期性或非周期性变化的载荷重力重力曲轴,支承车身的弹簧曲轴,支承车身的弹簧根据额定功率,用力学公式计算出的载荷载荷系数K名义载荷(作为零件设计时的载荷)第2页,共37页,编辑于2022年,星期二载荷和应力2应力分为静应力变应力2.应力只在静载荷作用下产生失效形式:断
2、裂破坏或塑失效形式:断裂破坏或塑性变形性变形既可由变载荷产生,也可由静载荷产生。失效形式:疲劳破坏失效形式:疲劳破坏另外,应力还分为名义应力:根据名义载荷求得的应力计算应力:根据计算载荷求得的应力第3页,共37页,编辑于2022年,星期二载荷和应力3对称循环变应力脉动循环变应力变应力有:对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力第4页,共37页,编辑于2022年,星期二载荷和应力2m平均应力;a应力幅值r 应力比(应力循环特性)非对称循环变应力max最大应力;min最小应力1 r 时,在疲劳破坏之前,只能经受有限次的应力循环。寿命是有限的寿命是有限的。2)有限寿命区:有限寿命
3、区:非水平段(NN0)的疲劳极限称为条件疲劳极限。1)无限寿命设计无限寿命设计:N N0 取 2)有限寿命设计有限寿命设计:N N0 取 3-1 材料的疲劳特性第12页,共37页,编辑于2022年,星期二疲劳曲线sN 疲劳曲线有限寿命区无限寿命区C CA A 3-1 材料的疲劳特性 设计中常用的是疲劳曲线上的 CD 段,其方程为:常数D点的坐标满足CD的方程,即式中寿命系数;m材料常数,其值见教材材料常数,其值见教材 P P2323。循环基数,其值与零件材质有关,见教材 P P2323。第13页,共37页,编辑于2022年,星期二疲劳曲线3疲劳曲线和极限应力图注:1)计算 时,如 N ,则取
4、N 。2)工程中常用的是对称循环应力(=-1)下的疲劳极限,计 算时,只须把 和 换成 和 即可。3)对于受切应力的情况,则只需将各式中的 换成 即可。4)当N()时,因 N 较小,可按静强度计算。(二二)等寿命疲劳曲线等寿命疲劳曲线N N0一定一定,与与r r的曲线的曲线第14页,共37页,编辑于2022年,星期二已知材料的极限应力已知材料的极限应力-1 1、0 0 、s s(二二)等寿命疲劳曲线等寿命疲劳曲线0A A DD G G B BC C对称循环:对称循环:m=0 脉动循环:脉动循环:m=a=0/2可绘制材料的极限应可绘制材料的极限应力线图力线图静应力:静应力:a a=0第15页,共
5、37页,编辑于2022年,星期二0A A D D GG B BC C直线直线A A G G 的方程的方程 A A G G 上任意点的坐标上任意点的坐标第16页,共37页,编辑于2022年,星期二直线直线A A G G 的方程的方程:第17页,共37页,编辑于2022年,星期二-1=a+m (34)式中:式中:(3-63-6)碳钢:碳钢:0.10 0.10 0.2 0.2;合金钢:;合金钢:0.20.20.30.3直线直线CG CG 的方程为:的方程为:a a+mm =S S (3535)第18页,共37页,编辑于2022年,星期二 试件受循环弯曲应力时的材料常数。(用于将平均试件受循环弯曲应力
6、时的材料常数。(用于将平均应力等效地折算成应力幅的折算系数)应力等效地折算成应力幅的折算系数)a a 试件受循环弯曲应力时的极限应力幅试件受循环弯曲应力时的极限应力幅mm 试件受循环弯曲应力时的极限平均应力试件受循环弯曲应力时的极限平均应力第19页,共37页,编辑于2022年,星期二3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 前边提到的各疲劳极限,实际上是材料的力学性能指标,是用试件通过试验测出的。而实际中的各机械零件与标准试件,在结构、尺寸、表面质量等方面往往是有差异的。因此零件的疲劳强度与试件的疲劳强度有所不同。需对试件的疲劳曲线进行修正,才能得到零件的疲劳曲线 影响零件疲劳强度
7、的主要因素有以下三个:一、应力集中的影响一、应力集中的影响 机械零件上的应力集中会加快疲劳裂纹的形成和扩展。从而导致零件的疲劳强度下降。有效应力集中系数k第20页,共37页,编辑于2022年,星期二影响疲劳强度的主要因素 2 影响零件疲劳强度的主要因素二、绝对尺寸的影响二、绝对尺寸的影响 零件的尺寸越大,在各种冷、热加工中出现缺陷,产生微观裂纹等疲劳源的可能性(机会)增大。从而使零件的疲劳强度降低。尺寸系数三、表面质量的影响三、表面质量的影响 表面质量:是指表面粗糙度及其表面强化的工艺效果。表面越光滑,疲劳强度可以提高。强化工艺(渗碳、表面淬火、表面滚压、喷丸等)可显著提高零件的疲劳强度。表面
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