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機(jī)械疲勞強(qiáng)度.ppt

上傳人:good****022 文檔編號(hào):119684607 上傳時(shí)間:2022-07-15 格式:PPT 頁(yè)數(shù):24 大?。?.30MB
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1、3-1 概 述,3-1 概 述,一、疲勞破壞,“疲勞破壞”。是循環(huán)應(yīng)力作用下零件的主要失效形式。,疲勞破壞的特點(diǎn),a) 疲勞斷裂時(shí):受到的 低于 ,甚至低于 。,c)疲勞破壞是一個(gè)損傷累積的過程,需要時(shí)間。壽命可計(jì)算。,b) 斷口通常沒有顯著的塑性變形。不論是脆性材料,還是塑 性材料,均表現(xiàn)為脆性斷裂。更具突然性,更危險(xiǎn)。,d) 疲勞斷口分為兩個(gè)區(qū):疲勞區(qū)和脆性斷裂區(qū)。,概述2,概 述,在應(yīng)力比為 的循環(huán)應(yīng)力作用下,應(yīng)力循 環(huán)N 次后,材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力 。(變應(yīng)力的大小可按其最大應(yīng)力進(jìn)行比較),兩個(gè)概念:,2)疲勞壽命N: 材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。,不同或N

2、不同時(shí),疲勞極限 則不同。 在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中,取 。,1)材料的疲勞極限,材料的疲勞特性用最大應(yīng)力max、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、循環(huán)特性r 通過曲線進(jìn)行描述,3-2 材料的疲勞特性,一、疲勞曲線( - N 曲線),應(yīng)力比 一定時(shí),疲勞極限 與循環(huán)次數(shù)N 之間的關(guān)系曲線。,圖 在一定的r下疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線,Ni循環(huán)次數(shù)。,以ND為界,曲線分為兩個(gè)區(qū):,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,與曲線的兩個(gè)區(qū)相對(duì)應(yīng),疲勞設(shè)計(jì)分為:,1)無(wú)限壽命設(shè)計(jì): N N0 時(shí)的設(shè)計(jì)。取 。,2)有限壽命設(shè)計(jì): N N0 時(shí)的設(shè)計(jì)。取 。,設(shè)計(jì)中常用的是疲勞曲線上的 BD 段,其方程為:,則,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,式中,壽

3、命系數(shù);,m 材料常數(shù),注:1)計(jì)算 時(shí),如 N ,則取 N 。,2)工程中常用的是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力( =-1)下的疲勞極限,計(jì) 算時(shí),只須把 和 換成 和 即可。,3)對(duì)于受切應(yīng)力的情況,則只需將各式中的 換成 即可。,4)當(dāng)N ( )時(shí),因N 較小,可按靜強(qiáng)度計(jì)算。,二、 極限應(yīng)力圖等壽命曲線,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,疲勞壽命N 一定時(shí),疲勞極限 與應(yīng)力比 之間的關(guān)系線圖。,在工程應(yīng)用中,常 用直線來(lái)近似替代。 以-1 、0、s的值就可以繪制極限 應(yīng)力近似圖。,G,D,折線AGC即是零件材料的極限應(yīng)力曲線,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,說(shuō)明:,1、極限應(yīng)力線上的每個(gè)點(diǎn),都表示了某個(gè)

4、應(yīng)力比下的極限應(yīng)力 。,2、極限應(yīng)力線上的點(diǎn)稱為極限應(yīng)力點(diǎn)。三個(gè)特殊點(diǎn) A、D、C 分別為對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)、以及靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力點(diǎn)。,3、極限應(yīng)力圖的意義:,材料中發(fā)生的應(yīng)力如處于OAGC區(qū)域以內(nèi),則表示不發(fā)生破壞 ;如在區(qū)域以外則表示一定要發(fā)生破壞;如正好在折線上則表 示工作應(yīng)力正好達(dá)到極限狀態(tài)。,4、對(duì)于切應(yīng)力,只需將各式中的 換成 即可。,5、對(duì)于高塑性鋼, 常將其極限應(yīng)力 線簡(jiǎn)化為折線 ABDG 。,AD段的方程為:,式中:,試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù),零件件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力幅,零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限平均應(yīng)力,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,6、對(duì)于低

5、塑性鋼或鑄鐵, 其極限應(yīng)力線可簡(jiǎn)化 為直線AC。,3)對(duì)于切應(yīng)力,只需將各式中的 換成 即可。,碳 鋼:,合金鋼:,DG方程:,極限應(yīng)力圖,疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,7、疲勞曲線的用途:在于根據(jù) 確定某個(gè)循環(huán)次數(shù) N 下的條件疲 勞極限 。,8、極限應(yīng)力圖的用途:在于根據(jù) 確定非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的疲勞 極限以計(jì)算安全系數(shù)。,三、零件極限應(yīng)力圖的繪制,零件極限應(yīng)力圖的繪制,k- 零件的有效應(yīng)力集中系數(shù),K彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù),降低極限應(yīng)力幅,不影響平均應(yīng)力,零件的極限應(yīng)力圖,- 零件的尺寸系數(shù), - 零件的表面質(zhì)量系數(shù),q- 零件的強(qiáng)化系數(shù),極限應(yīng)力圖3,四、機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算,綜合影響系數(shù)

6、,試驗(yàn)證明:應(yīng)力集中、尺寸和表面質(zhì)量都只對(duì)應(yīng)力幅有影響,而對(duì)平均應(yīng)力沒有明顯的影響。(即對(duì)靜應(yīng)力沒有影響),在計(jì)算中,上述三個(gè)系數(shù)都只計(jì)在應(yīng)力幅上,故可將三個(gè)系數(shù)組成一個(gè)綜合影響系數(shù)。,(一)單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算,零件極限應(yīng)力圖的繪制,計(jì)算零件的疲勞強(qiáng)度時(shí),應(yīng)首先求出零件危險(xiǎn)剖面上的工作應(yīng)力 和 。據(jù)此,在極限應(yīng)力圖中標(biāo)出工作應(yīng)力點(diǎn)M( , )。再在零件的極限應(yīng)力線AGC上確定出相應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)M1,根據(jù)該極限應(yīng)力點(diǎn)表示的極限應(yīng)力和零件的工作應(yīng)力計(jì)算零件的安全系數(shù)。,零件工作應(yīng)力的增長(zhǎng)規(guī)律不同,則相應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)也不同。,典型的應(yīng)力增長(zhǎng)規(guī)律通常有三種:,疲勞強(qiáng)度線AG的方程為:,

7、1、 C(常數(shù));,2、 ;,3、,式中: 、 為AG上任意點(diǎn)的坐標(biāo),即零件的極限應(yīng)力。,受恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,1、r=C的情況,尋找一個(gè)其應(yīng)力比與零件工作應(yīng)力的應(yīng)力比相同的極限應(yīng)力值。,受恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,影響疲勞強(qiáng)度的主要因素2,過坐標(biāo)原點(diǎn)引射線通過工作點(diǎn),與極限應(yīng)力曲線交于M,在該射線上任何一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的應(yīng)力比。,受恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,影響疲勞強(qiáng)度的主要因素3,M點(diǎn)疲勞強(qiáng)度,對(duì)于N點(diǎn),可能發(fā)生屈服失效,按靜強(qiáng)度計(jì)算,注:1)應(yīng)力增長(zhǎng)規(guī)律為 時(shí),按應(yīng)力幅計(jì)算的安全系數(shù) 等與按最大應(yīng)力計(jì)算的安全系數(shù)。,2)如按圖解法求安全系數(shù),則,3)如極

8、限應(yīng)力點(diǎn)落在OGC區(qū)域時(shí),則需計(jì)算靜強(qiáng)度,受恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,2、m=C的情況,需要找到一個(gè)其平均應(yīng)力與零件工作應(yīng)力的平均應(yīng)力相同的極限應(yīng)力。(安全系數(shù)計(jì)算公式見教材),受恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,3、min=C的情況,安全系數(shù)計(jì)算公式見教材,注:對(duì)于有限壽命設(shè)計(jì)問題,須將各式中的 和 換成 N 次循環(huán)下的條件疲勞極限 和 。,受恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,4、受復(fù)合應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù),(1)塑性材料受彎扭復(fù)合應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù),式中: 、為單向恒幅循環(huán)應(yīng)力下的安全系數(shù)。,(2)低塑性和脆性材料受彎扭復(fù)合應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù),受恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,3-3受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí),3

9、-3 受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,本節(jié)只介紹規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法。,一、Miner 法則 疲勞損傷線性累積假說(shuō),由最大應(yīng)力分別為 、 、 的三個(gè)恒幅循環(huán)應(yīng)力構(gòu)成的規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力,如右圖所示。,壽命損傷率,非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力,不穩(wěn)定變應(yīng)力,規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力,統(tǒng)計(jì)疲勞強(qiáng)度方法處理,疲勞損傷累積假說(shuō),受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)2,受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,Minger法則:在規(guī)律性變幅循環(huán)應(yīng)力中各應(yīng)力的作用下,損傷是獨(dú) 立進(jìn)行的,并且可以線性地累積成總損傷。當(dāng)各應(yīng)力的壽命損傷率 之和等于1時(shí),則會(huì)發(fā)生疲勞破壞。,即:,上式即為Miner法則的數(shù)學(xué)表達(dá)式,亦即疲勞損傷線性累積假說(shuō)。,注:在計(jì)算時(shí),對(duì)于小于 的應(yīng)力,可不考慮。,二、疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),(簡(jiǎn)稱等效應(yīng)力),等效應(yīng)力的大小,等效循環(huán)次數(shù),受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)3,受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,用 表示等效應(yīng)力 的疲勞壽命。,損傷等效即為: 的壽命損傷率各應(yīng)力的壽命損傷率之和。,即:,由疲勞曲線方程可知:,代入上式得:,等效計(jì)算有兩種方法,等效應(yīng)力法,(等效方程),受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí),受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,等效循環(huán)次數(shù)法,首先人為選定 ,之后,將選定的 代入上式計(jì)算出,將上式求出的 代入疲勞曲線方程即可求出 下的條件疲勞極限,則可進(jìn)一步計(jì)算零件的安全系數(shù)。 (詳見教材),則,(參考教材式3-3),

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