机械基础-课件第十七章优秀PPT.ppt

v本章探讨构件在载荷作用下其内部的内力和应力随本章探讨构件在载荷作用下其内部的内力和应力随时间不断变更的状况。学习时要了解动载荷的概念，时间不断变更的状况。学习时要了解动载荷的概念，能够计算惯性力存在时的动力系数并进行强度校核，能够计算惯性力存在时的动力系数并进行强度校核，同时明确有关交变应力、疲惫破坏与长久极限的学同时明确有关交变应力、疲惫破坏与长久极限的学问。问。教学目的和要求教学目的和要求v动载荷的概念及动载荷条件下的强度计算；动载荷的概念及动载荷条件下的强度计算；v疲惫破坏；疲惫破坏；v长久极限。长久极限。教学重点教学重点v动载荷条件下的强度计算；动载荷条件下的强度计算；v疲惫破坏的成因及其特点。疲惫破坏的成因及其特点。教学难点教学难点第一节第一节 动载荷动载荷 载荷不随时间变更（或变更极其平稳缓慢）且使构件各部载荷不随时间变更（或变更极其平稳缓慢）且使构件各部件加速度保持为零（或可忽视不计），此类载荷为静载荷。件加速度保持为零（或可忽视不计），此类载荷为静载荷。用用Nj表示，与之相应的应力称为静应力，用表示，与之相应的应力称为静应力，用j表示。表示。载荷随时间急剧变更且使构件的速度有显著变更（系统载荷随时间急剧变更且使构件的速度有显著变更（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。用产生惯性力），此类载荷为动载荷。用Nd表示，与之相应的表示，与之相应的应力称为动应力，用应力称为动应力，用d表示。表示。如图所示的起重吊车，其吊索吊着重物以等加速度如图所示的起重吊车，其吊索吊着重物以等加速度a向上向上运动。若吊索的截面面积为运动。若吊索的截面面积为A，单位体积重量为，单位体积重量为，物体物体的重量为的重量为Q。求绳索在距下端。求绳索在距下端x处的截面上的轴力。处的截面上的轴力。取脱离体受力分析取脱离体受力分析轴力轴力物体重力物体重力绳索自重绳索自重惯性力惯性力由由令静荷载在吊索距下端令静荷载在吊索距下端x处截面上引起的内力处截面上引起的内力 动力系数动力系数强度条件强度条件则则例例17-1 一滑轮起吊装置如图所示，已知被提升的物体重量一滑轮起吊装置如图所示，已知被提升的物体重量Q=40kN，上升时的最大加速度，上升时的最大加速度a=5m/s2，绳索的许用拉应力，绳索的许用拉应力=90MPa。绳索本身的质量忽视不计。试确定绳索的横截面。绳索本身的质量忽视不计。试确定绳索的横截面面积面积A。解解（1）确定动内力。动力系数动力系数（2）确定绳索的横截面面积）确定绳索的横截面面积A。由强度条件式有由强度条件式有 故绳索的横截面面积为故绳索的横截面面积为 在计算动力问题时，须要留意的是对不同类型的动力问在计算动力问题时，须要留意的是对不同类型的动力问题，其动力系数题，其动力系数是不同的。是不同的。交变应力交变应力构件内一点处的应力随时间作周期性变更，这种应力称为交变构件内一点处的应力随时间作周期性变更，这种应力称为交变应力。应力。其次节其次节 交变应力与疲惫破坏交变应力与疲惫破坏一、交变应力和疲惫破坏的概念一、交变应力和疲惫破坏的概念折铁丝折铁丝PP疲惫破坏疲惫破坏金属材料若长期处于交变应力金属材料若长期处于交变应力下，在最大工作应力远低于材下，在最大工作应力远低于材料的屈服强度，且不产生明显料的屈服强度，且不产生明显的塑性变形的状况下，也有可的塑性变形的状况下，也有可能发生突然的断裂。这种破坏，能发生突然的断裂。这种破坏，习惯上称为疲惫破坏。习惯上称为疲惫破坏。二、交变应力作用下疲惫破坏的特点二、交变应力作用下疲惫破坏的特点（1）构件破坏时的最大工作应力值往往远低于材料在静荷）构件破坏时的最大工作应力值往往远低于材料在静荷载作用下的极限应力。载作用下的极限应力。（2）构件在交变应力作用下发生破坏须要经验确定数量的）构件在交变应力作用下发生破坏须要经验确定数量的应力循环。应力循环。（3）构件材料即使是韧性材料，疲惫破坏也是在没有明显）构件材料即使是韧性材料，疲惫破坏也是在没有明显塑性变形的状况下突然发生的，在破坏前也没有明显的塑塑性变形的状况下突然发生的，在破坏前也没有明显的塑性变形预兆，呈现出的脆性破坏的特征。性变形预兆，呈现出的脆性破坏的特征。（4）金属材料的疲惫断裂断口上，有明显的光滑区域与颗）金属材料的疲惫断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。粒区域。(1)疲惫裂纹的形成。(2)疲惫裂纹的扩展。三、引起疲惫破坏的缘由三、引起疲惫破坏的缘由 构件中的最大工作应力达到确定值时，经过确定的循环次数后，在高应力区形成微观裂纹即裂纹源。由于裂纹的尖端有高度的应力集中，在交变应力作用下，微观裂纹渐渐发展成宏观裂纹，并不断扩展。裂纹两侧的材料时而张开,时而压紧，形成光滑区。疲惫裂纹不断扩展，有效面积渐渐减小，当裂纹长度达到临界尺寸时，由于裂纹尖端处于三向拉伸应力状态，裂纹以极快的速度扩展从而发生突然的脆性断裂，形成粗糙区。（3）脆性断裂。）脆性断裂。应力重复变更一次的过程，应力重复变更一次的过程，称为一个应力循环。应力称为一个应力循环。应力重复变更的次数重复变更的次数，称为，称为应力循环次数。应力循环次数。平均应力平均应力应力幅应力幅第三节第三节 长久极限长久极限一、疲惫试验一、疲惫试验几个概念几个概念（1）长久极限。标准试件经过无穷多次应力循环而不发生）长久极限。标准试件经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值，称为该材料的长久极限。长久极限破坏时的最大应力值，称为该材料的长久极限。长久极限也称疲惫极限。也称疲惫极限。（2）条件长久极限。规定标准试件在确定循环次数下不破）条件长久极限。规定标准试件在确定循环次数下不破坏时的最大应力，称为条件长久极限（或名义长久极限）。坏时的最大应力，称为条件长久极限（或名义长久极限）。（3）应力寿命曲线。表示确定循环特征下标准试件的疲惫）应力寿命曲线。表示确定循环特征下标准试件的疲惫强度与疲惫寿命之间关系的曲线，称应力寿命曲线，也称强度与疲惫寿命之间关系的曲线，称应力寿命曲线，也称-N曲线。曲线。-N曲线曲线疲惫试验装置疲惫试验装置二、影响长久极限的因素二、影响长久极限的因素二、影响长久极限的因素二、影响长久极限的因素1）构件外形的影响）构件外形的影响 构件外形的突变处（槽、孔、缺口、裂纹等）会引起应力构件外形的突变处（槽、孔、缺口、裂纹等）会引起应力集中现象，在应力集中区域极易引发疲惫裂纹，会使构件的集中现象，在应力集中区域极易引发疲惫裂纹，会使构件的长久极限显著降低。长久极限显著降低。2）构件尺寸的影响）构件尺寸的影响 尺寸越大，长久极限越低。大试件中处于高应力状态的晶尺寸越大，长久极限越低。大试件中处于高应力状态的晶粒比小试件的多，故引发疲惫裂纹的机会也多，从而降低了粒比小试件的多，故引发疲惫裂纹的机会也多，从而降低了构件的长久极限。构件的长久极限。3）构件表面质量的影响）构件表面质量的影响构件表面的加工缺陷（如划痕、擦伤等）将引起应力集中，构件表面的加工缺陷（如划痕、擦伤等）将引起应力集中，而最大应力又常发生在表层，疲惫裂纹也多生成于表层，降而最大应力又常发生在表层，疲惫裂纹也多生成于表层，降低了构件的长久极限。低了构件的长久极限。三、提高构件疲惫强度的措施三、提高构件疲惫强度的措施三、提高构件疲惫强度的措施三、提高构件疲惫强度的措施（1）减缓构件应力集中现象。尽量避开在构件上设计有方）减缓构件应力集中现象。尽量避开在构件上设计有方形或带有尖角的孔和槽；在截面突变处接受足够大的过渡形或带有尖角的孔和槽；在截面突变处接受足够大的过渡圆角，使截面缓慢变更。设置减荷槽或退刀槽等。圆角，使截面缓慢变更。设置减荷槽或退刀槽等。（2）降低构件表面粗糙度。加工时尽量避开使构件表面受）降低构件表面粗糙度。加工时尽量避开使构件表面受到机械损伤或化学损伤（如腐蚀等），出现划痕或凹坑。到机械损伤或化学损伤（如腐蚀等），出现划痕或凹坑。（3）增加构件表层的强度。可接受热处理、渗碳、氮化等）增加构件表层的强度。可接受热处理、渗碳、氮化等机械和化学处理方法来强化表层，使表层强度提高，以提机械和化学处理方法来强化表层，使表层强度提高，以提高构件的疲惫强度。高构件的疲惫强度。本章小结v1.构件在作等加速度直线运动时，动载荷系数为构件在作等加速度直线运动时，动载荷系数为v 构件在动载荷作用下的强度条件为构件在动载荷作用下的强度条件为v2.随时间作交替变更的应力，称为交变应力。随时间作交替变更的应力，称为交变应力。v 金属材料若长期处于交变应力下，在最大工作应力远低于金属材料若长期处于交变应力下，在最大工作应力远低于材料的屈服强度，且不产生明显的塑性变形的状况下，也有材料的屈服强度，且不产生明显的塑性变形的状况下，也有可能发生突然的断裂。这种破坏，习惯上称为疲惫破坏。可能发生突然的断裂。这种破坏，习惯上称为疲惫破坏。本章小结v3.标准试件经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应标准试件经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值，称为该材料的长久极限。长久极限也称疲惫极限。力值，称为该材料的长久极限。长久极限也称疲惫极限。v4.提高构件疲惫强度，可从减缓构件应力集中现象、降低构提高构件疲惫强度，可从减缓构件应力集中现象、降低构件表面粗糙度、增加构件表层的强度等方面来综合考虑。件表面粗糙度、增加构件表层的强度等方面来综合考虑。感谢大家！