材料力學(xué)第五版第十一章 交變應(yīng)力

1、(Alternating Stress)(Alternating Stress) (Alternating Stress) (Alternating Stress)APt(Alternating Stress)(Alternating Stress)靜平衡位置靜平衡位置tt st max min(Alternating Stress)PP tzAtry sintIrMIyM sint 1 2 3 4 1O(Alternating Stress)在循環(huán)應(yīng)力作用下，材料或構(gòu)件產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞破壞，簡稱疲勞在在循環(huán)循環(huán)應(yīng)力作用下應(yīng)力作用下，如果應(yīng)力足夠大，如果應(yīng)力足夠大，并經(jīng)歷應(yīng)

2、力的多次循環(huán)后，構(gòu)件將并經(jīng)歷應(yīng)力的多次循環(huán)后，構(gòu)件將產(chǎn)生產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂可見裂紋或完全斷裂(Alternating Stress)1、疲勞破壞特點(diǎn)鋼拉伸疲勞斷裂鋼拉伸疲勞斷裂 破壞時(shí)應(yīng)力低于破壞時(shí)應(yīng)力低于 b 甚至甚至 s 即使是塑性材料，也呈現(xiàn)脆性斷裂即使是塑性材料，也呈現(xiàn)脆性斷裂 斷口通常呈現(xiàn)光滑與粗粒狀兩個(gè)區(qū)域斷口通常呈現(xiàn)光滑與粗粒狀兩個(gè)區(qū)域斷疲勞破壞過程，可理解為裂紋萌生、逐漸擴(kuò)展與最后斷裂的過程(Alternating Stress)(Alternating Stress)(Alternating Stress)一個(gè)應(yīng)力循環(huán)一個(gè)應(yīng)力循環(huán)O t maxminr maxminr m

3、ax min(Alternating Stress)aO一個(gè)應(yīng)力循環(huán)一個(gè)應(yīng)力循環(huán) t max min a a2minmax a2minmaxm (Alternating Stress)O max min t1maxmin rmax a0m (Alternating Stress)（min1r0maxmin r2maxma O max min=0 t(Alternating Stress)1r0a maxm O max min=0t (Alternating Stress)MPa5610115. 05830042maxmax APMPa2 .5370115. 05580042minmin APM

4、Pa1225375612minmaxa MPa54925375612minmaxm 957. 0561537maxmin r(Alternating Stress) Endurance limit or fatigue limit of a materials(Alternating Stress) max，1 -1 max，2N1N212N max 0Nr (Alternating Stress)PPPPaab 1max,2max, 1max, -1 max，1 max，2N1N212N maxPa(Alternating Stress) 構(gòu)件外形的影響構(gòu)件外形的影響應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的形

5、成應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的形成，對構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響很大，對構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響很大 sc1 存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限1 不存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限不存在應(yīng)力集中試樣的疲勞極限R 愈小愈小, K 愈大；愈大； b 愈高，應(yīng)力集中對愈高，應(yīng)力集中對 r 的影響愈顯著的影響愈顯著 K 有效應(yīng)力集中因數(shù)有效應(yīng)力集中因數(shù)(Alternating Stress)應(yīng)盡量減小應(yīng)力集中，特別對于高強(qiáng)度材料構(gòu)件 增大圓角半徑增大圓角半徑 減小相連桿段的尺寸差別減小相連桿段的尺寸差別 將必要的孔與溝槽等備置在低應(yīng)力區(qū)將必要的孔與溝槽等備置在低應(yīng)力區(qū) 采用凹槽與卸荷糟等采用凹槽與卸荷糟等(

6、Alternating Stress)0.020.040.060.080.100.120.140.16 0.180MM1 . 1dDRdD1.001.201.401.601.802.002.202.402.60 KMPa500b 600700800900MPa1000b dr(Alternating Stress)0.020.040.060.080.100.120.140.16 0.180MM2 . 11 . 1dDRdD1.201.401.601.802.002.202.402.602.80 KMPa500b 600700900MPa1000b dr3.003.20800(Alternati

7、ng Stress)MM22 . 1dDRdD0.020.04 0.06 0.080.10 0.12 0.14 0.160.180drMPa1000b 800900700600MPa500b K1.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.40(Alternating Stress)TTRdD2 . 11 . 1dDMPa1000b 800MPa700b 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.180dr1.201.401.601.802.002.202.401.00 K900(Alternating S

8、tress)0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.180drTTRdD22 . 1dD1.201.401.601.802.002.202.401.00 K2.602.80MPa700b 800MPa1000b 900(Alternating Stress) 構(gòu)件橫截面尺寸的影響構(gòu)件橫截面尺寸的影響試驗(yàn)：彎、扭疲勞極限隨構(gòu)件橫截面尺寸增大而減小試驗(yàn)：彎、扭疲勞極限隨構(gòu)件橫截面尺寸增大而減小1 標(biāo)準(zhǔn)試樣的疲勞極限標(biāo)準(zhǔn)試樣的疲勞極限 d1 大尺寸試樣的疲勞極限大尺寸試樣的疲勞極限直徑直徑 d 愈大愈大, , r 降低降低愈多愈多； b 愈高，截面愈高，截

9、面尺寸對尺寸對 r 的影響愈大的影響愈大 e e , ,e e 尺寸因數(shù)尺寸因數(shù)(Alternating Stress) e e e e(Alternating Stress) 構(gòu)件構(gòu)件表面加工質(zhì)量的影響表面加工質(zhì)量的影響最大應(yīng)力發(fā)生在構(gòu)件表層，構(gòu)件表面又常存在各種缺陷最大應(yīng)力發(fā)生在構(gòu)件表層，構(gòu)件表面又常存在各種缺陷，故構(gòu)件表面加工質(zhì)量與表層狀況對疲勞強(qiáng)度存在影響，故構(gòu)件表面加工質(zhì)量與表層狀況對疲勞強(qiáng)度存在影響表面加工質(zhì)量表面加工質(zhì)量愈低愈低, , r 降低降低愈多愈多； b 愈高，愈高，加加工質(zhì)量工質(zhì)量對對 r 的影響愈大的影響愈大 b b 表面質(zhì)量因數(shù)表面質(zhì)量因數(shù) 對于重要構(gòu)件對于重要構(gòu)件

10、, 尤其存在應(yīng)力集中的部位尤其存在應(yīng)力集中的部位, 應(yīng)特別應(yīng)特別講究表面加工方法講究表面加工方法, 愈采用高愈采用高 b 材料材料, 愈重要。愈重要。 提高構(gòu)件表層材料的強(qiáng)度、改善表層應(yīng)力狀況，提高構(gòu)件表層材料的強(qiáng)度、改善表層應(yīng)力狀況，例如滲碳、滲氮、高頻淬火、表層滾壓與噴丸等。例如滲碳、滲氮、高頻淬火、表層滾壓與噴丸等。(Alternating Stress) 1011 1 b be e Knn1011 1 b be e Knn1max nKn1max b be e nKn1max b be e (Alternating Stress)f f50f f40r=525. 14050dD125.

11、 0405dr77. 0 e eMPa1000b 55. 1 KMPa900b 55. 1 KMPa920b 55. 1 K(Alternating Stress)MPa1000b 28. 1 KMPa900b 25. 1 KMPa920b 26. 1)900920(90010025. 128. 125. 1 K81. 0 e e(Alternating Stress).MMf f50f f40r=5MPa2 .6505. 0328003minmax WM1maxmin r(Alternating Stress) 4 . 1 KMPa600 ; 15. 0 ; 4 . 1bdrdD 79. 0

12、 e enKn12. 22504 . 15 .6294. 079. 0 1max b be e (Alternating Stress) 107r0.25r0r-1(Alternating Stress) amOamPmaxma rr 11tanminmaxminmaxma (Alternating Stress) amOamPP(Alternating Stress) A20 CbBamOamPP2/2/tan001 m1arr (Alternating Stress) (Calculation of the fatigue strength of the member under unsy

13、mmetric cycles)sOBHIJCFKGPEALmmaasm, OIPIarGHOH (Alternating Stress)mma1m b be e Krama1 b be e KGHamrmamm GHGHOHnr)(rm1 b be e KGHmrmaGH (Alternating Stress)nn nKn ma1 b be e ma1 b be e Knamrmamm GHGHOHnrmma1m b be e Krama1 b be e KGH(Alternating Stress)3633m1028. 6)04. 0(3232 dWMPa5 .811028. 65126m

14、axmax WM MPa3 .1651maxmin 2 . 051maxmin rmm2截面截面mm40(Alternating Stress)MPa9 .4823 .165 .812minmaxm MPa6 .322minmaxa 05. 04020 ddMPa950b 18. 2 K77. 0 e e77. 0 b b(Alternating Stress)21. 49 .482 . 06 .32177. 018. 2430ma1 b be e KnSmaxS62. 65 .81540nn (Alternating Stress)nnnnnn 22 n n(Alternating Stress)R5TTMM50600.40.4MPa3 .81103 .121000MPa3 .81103 .1210006minmin6maxmax WMWM 3633m103 .123205. 032 dW1maxmin r(Alternating Stress)3633m106 .241605. 016 dWt61MPaPa1061106 .24150066maxmax tWT 0min 0maxminmin rMPa5 .302maxa MPa5 .302maxm (Alternating Str