交变应力课件.ppt

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1、关于交变应力现在学习的是第1页，共24页12-1 12-1 交变应力与疲劳破坏交变应力与疲劳破坏一、疲劳破坏的特点一、疲劳破坏的特点交变应力：随时间交变应力：随时间t作周期性循环变化的应力。作周期性循环变化的应力。t 12341A点应力：点应力：1-2-3-4-1APPmn000minmax tA1234 yzydt 2sinMP a MyIPadItzz2sin现在学习的是第2页，共24页12-1 12-1 交变应力与疲劳破坏交变应力与疲劳破坏 试验结果表明试验结果表明: : 材料在交变应力作用下的破坏情况与静应材料在交变应力作用下的破坏情况与静应力破坏有其本质的不同。材料在交变应力作用下破

2、坏的主要特力破坏有其本质的不同。材料在交变应力作用下破坏的主要特征是征是: :1 1、交变应力下构件的强度远小于静载荷作用下的强度交变应力下构件的强度远小于静载荷作用下的强度 极限，极限， 甚至小于屈服极限甚至小于屈服极限 。bs2 2、破坏时，不论是脆性材料和塑性材料，均无明显的塑性变、破坏时，不论是脆性材料和塑性材料，均无明显的塑性变 形，且为突然断裂。形，且为突然断裂。 3 3、破坏的断口，可分为光滑区及晶粒粗糙区。在光滑区可、破坏的断口，可分为光滑区及晶粒粗糙区。在光滑区可 见到微裂纹的起始点（疲劳源），周围为中心逐渐向四周扩见到微裂纹的起始点（疲劳源），周围为中心逐渐向四周扩 展的弧

3、形线。展的弧形线。粗糙区粗糙区光滑区光滑区裂纹源裂纹源现在学习的是第3页，共24页在交变应力作用下发生的破坏，称为在交变应力作用下发生的破坏，称为疲劳破坏疲劳破坏。 4 4、材料发生破坏前，应力随时间变化经过多次重复，其循环、材料发生破坏前，应力随时间变化经过多次重复，其循环 次数与应力的大小有关。应力愈大，循环次数愈少。次数与应力的大小有关。应力愈大，循环次数愈少。疲劳破坏产生的机理：疲劳破坏产生的机理： 交变应力超过一定的限度，在构件上应力集中处，产生微裂纹，再向交变应力超过一定的限度，在构件上应力集中处，产生微裂纹，再向四周扩展，形成宏观裂纹，而不断扩展。扩展中裂纹表面摩擦，形成光滑四周

4、扩展，形成宏观裂纹，而不断扩展。扩展中裂纹表面摩擦，形成光滑区；随着裂纹的扩展，形成弧形。当表面被削弱至不能承受所加载荷而断区；随着裂纹的扩展，形成弧形。当表面被削弱至不能承受所加载荷而断裂，即为脆断粗糙区。裂，即为脆断粗糙区。12-1 12-1 交变应力与疲劳破坏交变应力与疲劳破坏疲劳破坏产生的过程可概括为：疲劳破坏产生的过程可概括为：裂纹形成裂纹形成 裂纹扩展裂纹扩展 断裂断裂现在学习的是第4页，共24页12-2 12-2 交变应力的循环特性交变应力的循环特性一、一、 交变应力的循环特征及分类交变应力的循环特征及分类1、应力循环应力循环:一点的应力由某一数值开始，经过一次完整的变一点的应力

5、由某一数值开始，经过一次完整的变 化又回到这一数值的一个过程。化又回到这一数值的一个过程。最大应力最大应力： max最小应力最小应力： min ；平均应力：平均应力：2minmaxm应力幅：应力幅：2minmaxa循环特征：循环特征：,maxminr且且11r现在学习的是第5页，共24页以上五个特征值中，只有二个是独立的。满足以上五个特征值中，只有二个是独立的。满足ammaxammin具体描述一种交变应力，可用具体描述一种交变应力，可用最大应力最大应力 和循环应力和循环应力r， 或用平均应力或用平均应力 和应力幅值和应力幅值 。 maxma2、几种典型的交变应力情况、几种典型的交变应力情况ma

6、xmina不稳定的交变应力：不稳定的交变应力： 、 不是常量，不是常量， 为变化的为变化的 （不等幅情况）。（不等幅情况）。12-2 12-2 交变应力的循环特性交变应力的循环特性稳定的交变应力：稳定的交变应力： 、 均不变，均不变， 为常数为常数 （等幅情况）；（等幅情况）；maxmina现在学习的是第6页，共24页（1）对称循环对称循环：如受弯的车轴：如受弯的车轴t maxminaminmax0mminmaxa1rt 0minmax2minmaxa2minmaxmmaxminr ，（2）非对称循环非对称循环 ：)1(r12-2 12-2 交变应力的循环特性交变应力的循环特性现在学习的是第7

7、页，共24页（a）脉动循环脉动循环：如齿轮：如齿轮t maxmaam22max0min0r（b）静应力静应力：如拉压杆：如拉压杆mminmax0at mminmax0a1r12-2 12-2 交变应力的循环特性交变应力的循环特性现在学习的是第8页，共24页12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限疲劳寿命疲劳寿命：材料在交变应力作用下产生疲劳破坏时所经历的应：材料在交变应力作用下产生疲劳破坏时所经历的应 力循环次数，记作力循环次数，记作 N，与与 及及 r 有关。有关。max疲劳极限或有限寿命持久极限疲劳极限或有限寿命持久极限： 材料在规定的应力循环次数材料在规定的应力循环次数N

8、下，不发生疲劳破环的最大下，不发生疲劳破环的最大应力值，记作应力值，记作 。)(NrNr无限寿命疲劳极限或持久极限无限寿命疲劳极限或持久极限 ： 当当 不超过某一极限值，材料可以经受不超过某一极限值，材料可以经受“无数次无数次”应力应力循环而不发生破坏，此极限值称为无限寿命疲劳极限或持久极限。循环而不发生破坏，此极限值称为无限寿命疲劳极限或持久极限。maxr1 值是工程材料最常见、最基本的材料性能指标之一。测定该值值是工程材料最常见、最基本的材料性能指标之一。测定该值 的方法为：的方法为：试件试件：d=7-10mm，表面磨光的小试件，表面磨光的小试件6-10 根。根。机器机器：疲劳试验机（简支

9、梁式或悬臂梁式）：疲劳试验机（简支梁式或悬臂梁式）一、持久极限的概念与测定方法一、持久极限的概念与测定方法现在学习的是第9页，共24页33minmax163212/dPadPaWM12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第10页，共24页步骤步骤：先取先取 ，经过，经过 次循环后断裂次循环后断裂;b6 .011N再取再取 （比（比 减少减少20-40MPa） ，经过，经过 次循环后断裂次循环后断裂;22N137N73N 如果第七根试件在如果第七根试件在 下经历了下经历了 次循环次数而不次循环次数而不 断裂，并且断裂，并且 或或 ，则，则 即为该材料的疲劳极限即为该材

10、料的疲劳极限 。否则，进行下一根试件的试。否则，进行下一根试件的试 验。验。 77710NMPa10)(76776%5)(7112-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第11页，共24页根据试验结果作疲劳强度根据试验结果作疲劳强度-寿命曲线寿命曲线 -N图或图或 -lgN图。图。循环基数循环基数：钢钢： （出现水平渐近线）（出现水平渐近线） 有色金属有色金属：规定：规定 （名义疲（名义疲 劳极限），疲劳曲线不出现水平渐近线。劳极限），疲劳曲线不出现水平渐近线。 710N710)105(N12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第12页，共2

11、4页 从图中可以看出：对于钢材，从图中可以看出：对于钢材， 时，时， -N曲线会出现一曲线会出现一条水平渐近线，条水平渐近线， 。这意味着当。这意味着当 时，试件经历时，试件经历有限次应力循环后会发生疲劳破坏，即疲劳寿命是有限的；当有限次应力循环后会发生疲劳破坏，即疲劳寿命是有限的；当 时，试件经历无限次应力循环而不发生疲劳破坏，即时，试件经历无限次应力循环而不发生疲劳破坏，即疲劳寿命是无限的。此疲劳寿命是无限的。此 值称为疲劳极限或持久极限。值称为疲劳极限或持久极限。710Nrmaxrmaxrmaxr12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第13页，共24页二、影

12、响疲劳极限的因素二、影响疲劳极限的因素构件的持久极限构件的持久极限是指构件可以经受是指构件可以经受“无数次无数次”应力循环而不发生应力循环而不发生破坏的最大交变应力值。与破坏的最大交变应力值。与材料的持久极限材料的持久极限相比必须考虑一下因相比必须考虑一下因素：素：1、构件外形引起的影响、构件外形引起的影响应力集中应力集中若构件上有螺纹、键槽、键肩等，其持久极限要比同样尺若构件上有螺纹、键槽、键肩等，其持久极限要比同样尺寸的光滑试件有所降低。寸的光滑试件有所降低。K K称为弯曲（或拉压）时的有效应力集中系数称为弯曲（或拉压）时的有效应力集中系数( (K K1)1)kk1112-3 12-3 材

13、料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第14页，共24页KrdDd11 .MMDdrb 900MPa图图 11-1 (a)b 600MPa12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第15页，共24页Krd1112.DdMMDdrb 900MPa图图 11-1 (b)b 600MPa12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第16页，共24页rd122. DdMMDdrb 900MPa图图 11-1 (c)Kb 600MPa12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第17页，共24页rdTTK图图 11-1 (

14、d)Dd11 .rDd12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第18页，共24页rdTTK图图 11-1 (e)1112.DdrDd12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第19页，共24页rdTTK图图 11-1 (f)122. DdrDd12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第20页，共24页2 2、构件尺寸的影响、构件尺寸的影响) 1(113 3、构件表面质量的影响、构件表面质量的影响（1 1）表面加工影响：）表面加工影响：表面加工系数表面加工系数) 1(1111大试件的持久极限比小试件的持久极限要低大

15、试件的持久极限比小试件的持久极限要低尺寸对持久极限的影响程度，用尺寸系数表示尺寸对持久极限的影响程度，用尺寸系数表示 实际构件表面的加工质量对持久极限也有影响，这是因为不同的加工精度实际构件表面的加工质量对持久极限也有影响，这是因为不同的加工精度在表面上造成的刀痕将呈现不同程度的应力集中。在表面上造成的刀痕将呈现不同程度的应力集中。 若构件表面经过淬火、氮化、渗碳等强化处理，其持久极限也得到若构件表面经过淬火、氮化、渗碳等强化处理，其持久极限也得到提高。提高。 为不同表面加工的构件的持久极限，为不同表面加工的构件的持久极限， 为表面磨光构件的为表面磨光构件的持久极限。持久极限。1112-3 1

16、2-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第21页，共24页（2 2）表面腐蚀影响）表面腐蚀影响：表面腐蚀系数表面腐蚀系数)1(2112c 为腐蚀介质中构件的持久极限，为腐蚀介质中构件的持久极限， 为空气中构件的持久为空气中构件的持久 极限。极限。c11（3 3）表面强化影响）表面强化影响：表面强化系数表面强化系数)1(3113q 为以不同强化方法处理构件的持久极限，为以不同强化方法处理构件的持久极限， 为未经强化为未经强化 构件的持久极限。构件的持久极限。q11 以上以上 、 、 总称为表面状态系数，以总称为表面状态系数，以 表示。在计算表示。在计算中，根据具体情况取其中主要因素，一般不将各中，根据具体情况取其中主要因素，一般不将各 值相乘。即值相乘。即31212-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第22页，共24页 在考虑应力集中、尺寸大小和表面状态的综合影响后，构件在考虑应力集中、尺寸大小和表面状态的综合影响后，构件在循环特征在循环特征 r=-1 下的疲劳极限为：下的疲劳极限为：构构)(11k =不同表面质量构件的持久极限不同表面质量构件的持久极限表面磨光试样的持久极限表面磨光试样的持久极限12-3 12-3 材料与构件持久极限材料与构件持久极限现在学习的是第23页，共24页感谢大家观看现在学习的是第24页，共24页