第3章机械零件的疲劳强度精选PPT.ppt
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1、第3章机械零件的疲劳强度第1页,本讲稿共33页安全安全寿命设计寿命设计:在规定的工作期限内,不允许出现疲劳裂:在规定的工作期限内,不允许出现疲劳裂纹,一旦出现即认为零件失效。纹,一旦出现即认为零件失效。破损破损安全设计安全设计:允许零件存在裂纹,但须保证在规定的:允许零件存在裂纹,但须保证在规定的工作期限内能安全可靠地工作。工作期限内能安全可靠地工作。在交变应力作用下即使应力低于极限应力,塑性很好的在交变应力作用下即使应力低于极限应力,塑性很好的材料也会发生破坏(疲劳破坏)。疲劳破坏占破坏的材料也会发生破坏(疲劳破坏)。疲劳破坏占破坏的80%以以上。在交变应力下是以上。在交变应力下是以rN作为
2、极限应力。作为极限应力。零件疲劳强度计算方法有两种:零件疲劳强度计算方法有两种:第2页,本讲稿共33页3.1 疲劳断裂的特征发生过程:发生过程:表面小裂表面小裂纹纹应力集应力集中中裂纹裂纹扩展扩展宏观疲宏观疲劳纹劳纹局部局部断裂断裂交变交变应力应力反复反复作用作用初始裂纹疲劳区(光滑)粗糙区轴在交变应力作用下零件主要在交变应力作用下零件主要失效形式之一为疲劳断裂。失效形式之一为疲劳断裂。第3页,本讲稿共33页表3.1(P37)应力集中大小的影响:影响表面和内部裂纹的扩展速度应力集中大小的影响:影响表面和内部裂纹的扩展速度受载类型的影响:受载类型的影响:载荷大小的影响:疲劳区和脆性断裂区的大小载
3、荷大小的影响:疲劳区和脆性断裂区的大小第4页,本讲稿共33页3.2 疲劳曲线和疲劳极限应力图 3.2.1 疲劳极限疲劳极限3.2.2 疲劳曲线(固定疲劳曲线(固定r)在一定的循环特性在一定的循环特性r下,变应力循环下,变应力循环N次后,不发生疲劳次后,不发生疲劳破坏的最大应力。破坏的最大应力。NrNrNN0疲劳曲线有限寿命区rN 疲劳极限(对应于疲劳极限(对应于N)r 持久极限持久极限N0 循环基数循环基数无限第5页,本讲稿共33页寿命系数寿命系数=1 3)r不同,同一材料疲劳曲线不同不同,同一材料疲劳曲线不同 注意点:注意点:与,相似1)1.有限寿命的高周循环区为循环基数,与材料有关2)第6
4、页,本讲稿共33页2.无限寿命区无限寿命区 同一材料不同r的疲劳曲线疲劳曲线为一水平线,疲劳极限不随疲劳曲线为一水平线,疲劳极限不随N的增加而降低。的增加而降低。疲劳曲线第7页,本讲稿共33页上图是根据光滑小试件的试验结果绘制的。试验是上图是根据光滑小试件的试验结果绘制的。试验是在不同循环特性(在不同循环特性(r=-1)和相同循环次数(等寿)和相同循环次数(等寿命)的条件下进行。通常取命)的条件下进行。通常取N0为为107或或106。3.2.3 疲劳极限应力图疲劳极限应力图极限应力图按坐标系的不同有三种表示方法极限应力图按坐标系的不同有三种表示方法第8页,本讲稿共33页1.塑性材料 简化图:简
5、化图:ABEGS折线折线(2)阴影)阴影BEG部分不安全,其余偏安全部分不安全,其余偏安全(1)ES塑性极限曲线,其上各点塑性极限曲线,其上各点2.脆性材料(见教材)脆性材料(见教材)注意:注意:疲劳极限图:第9页,本讲稿共33页3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素 4.综合影响系数综合影响系数1.应力集中的影响,应力集中的影响,2.尺寸的影响尺寸的影响 ,3.表面状态的影响表面状态的影响 ,应力集中、尺寸和表面状态都只对应力幅有影响,应力集中、尺寸和表面状态都只对应力幅有影响,而对平均应力影响不大。而对平均应力影响不大。第10页,本讲稿共33页3.4 许用疲劳极限应力图 3.4.1 许用疲
6、劳极限应力图许用疲劳极限应力图第11页,本讲稿共33页3.4.2 工作应力增长规律工作应力增长规律如:轴的弯曲应力如:轴的弯曲应力1.循环特性等于常数循环特性等于常数r=1r=0 r=-1 循环特性相同的变应力都在同一射线上循环特性相同的变应力都在同一射线上第12页,本讲稿共33页如:车辆减振弹簧2.平均应力等于常数3.最小应力等于常数最小应力等于常数如:汽缸盖的螺栓联接如:汽缸盖的螺栓联接第13页,本讲稿共33页3.5.1 稳定变应力和非稳定变应力稳定变应力和非稳定变应力 稳定变应力,、周期不随时间变化(单向,复合)非稳定变应力,、周期随时间变化(周期性)3.5 稳定变应力时的安全系数计算第
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