項(xiàng)目十二疲勞強(qiáng)度ppt課件

1、工程十二 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度概述交變應(yīng)力的概念交變應(yīng)力隨時(shí)間作交替變化的應(yīng)力?；疖囕嗇S的受力圖和彎矩分別如圖a、b所示。(a)FFwdaaFFFaMxO(b)課題12.1 交變應(yīng)力可見sk隨時(shí)間t是按正弦規(guī)律變化的(圖c)。 力F和彎矩不隨時(shí)間變化，但因軸以速度w 旋轉(zhuǎn)，使其橫截面上任一點(diǎn)k到z軸的間隔 為t 的函數(shù)，k點(diǎn)的正應(yīng)力為1234zydk s-t曲線稱為應(yīng)力譜。應(yīng)力反復(fù)變化一次的過程，稱為一個(gè)應(yīng)力循環(huán)。應(yīng)力反復(fù)變化的次數(shù) ，稱為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。1234zydk 圖a中，P 為電動(dòng)機(jī)的分量，電動(dòng)機(jī)以等角速度w 旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)0 為因電動(dòng)機(jī)的偏心而產(chǎn)生的慣性力。作用在梁上的鉛垂荷載為 ，F(xiàn) 稱為交變

2、荷載。 最小位移wt=p/2最大位移wt=3p/2 靜位移wt = 0zyk(a)最小位移wt=p/2最大位移wt=3p/2 靜位移wt = 0zyk(a) C 截面的彎矩為 。C 截面上 k點(diǎn)的正 應(yīng)力為即sk隨時(shí)間t 的變化規(guī)律如圖b所示。2. 應(yīng)力幅有時(shí)稱 為應(yīng)力幅， 為應(yīng)力范圍留意：最大應(yīng)力和最小應(yīng)力均帶正負(fù)號。(1) 為了表示交變應(yīng)力中應(yīng)力變化的情況，引入幾個(gè)根本參量。拉,壓,彎曲或改動(dòng)1. 循環(huán)特征應(yīng)力比smax =smin (b) s t O r =0 脈動(dòng)循環(huán)(smin= 0) (圖 a)特例：r =1 靜應(yīng)力 (smax = smin) (圖 b)(a)對稱循環(huán)： r = 1

3、 (例1)smax =-smin非對稱循環(huán)：課題12.2 交變應(yīng)力的描畫及幾個(gè)物理量一、交變應(yīng)力的根本參量二、幾種常見的交變應(yīng)力課題12.3 S-N曲線及資料的疲勞極限 疲勞破壞金屬構(gòu)件在長期交變應(yīng)力作用下所發(fā)生的斷裂破壞。(1) 交變應(yīng)力中的最大應(yīng)力到達(dá)一定值，但最大應(yīng)力小于靜荷載下資料的強(qiáng)度極限甚至屈服極限，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后忽然斷裂;(2) 塑性資料在斷裂前也無明顯的塑性變形;(3) 斷口分為光滑區(qū)和粗糙區(qū)。疲勞破壞的主要特征： (1) 疲勞裂紋的構(gòu)成(2) 疲勞裂紋的擴(kuò)展疲勞破壞的過程: 構(gòu)件中的最大任務(wù)應(yīng)力到達(dá)一定值時(shí)，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，在高應(yīng)力區(qū)構(gòu)成微觀裂紋裂紋源。 由于裂紋

4、的尖端有高度的應(yīng)力集中，在交變應(yīng)力作用下，微觀裂紋逐漸開展成宏觀裂紋，并不斷擴(kuò)展。裂紋兩側(cè)的資料時(shí)而張開,時(shí)而壓緊，構(gòu)成光滑區(qū)。裂紋源光滑區(qū)粗糙區(qū) 疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，有效面積逐漸減小，當(dāng)裂紋長度到達(dá)臨界尺寸時(shí)，由于裂紋尖端處于三向拉伸應(yīng)力形狀，裂紋以極快的速度擴(kuò)展從而發(fā)生忽然的脆性斷裂，構(gòu)成粗糙區(qū)。(3) 脆性斷裂 實(shí)驗(yàn)闡明：在同一循環(huán)特征下，交變應(yīng)力中的smax越大,發(fā)生疲勞破壞所閱歷的循環(huán)次數(shù)N 越小，即疲勞壽命越短。反之smax越小，N 越大，疲勞壽命越長。經(jīng)過無限次循環(huán)不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱為資料的疲勞極限。用sr表示，r代表循環(huán)特征。 sr與資料變形方式，循環(huán)特征有關(guān)，用疲勞實(shí)

5、驗(yàn)測定。(1) 資料的疲勞極限 彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)一臺(tái)，規(guī)范規(guī)定的尺寸和加工質(zhì)量試樣一組。記錄每根試樣發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力smax和循環(huán)次數(shù)N。繪出smax-N曲線疲勞壽(2) 彎曲對稱循環(huán)時(shí)，s-1的測定命曲線，又稱為 S - N曲線S 代表正應(yīng)力s 或切應(yīng) 力t。40cr 鋼的smax- N曲線如下圖?？梢妔max降至某值后， smax-N 曲線趨于程度。該應(yīng)力即為s-1 。圖中s-1=590 MPa。低碳鋼：sb=400500 MPa(3) 條件疲勞極限N0=510 6 10 7 s NO 彎曲s-1b = 170 220 MPa 拉壓s-1t = 120 160 MPa 鋁合金等有色金屬

6、，其s - N曲線如下圖，它沒有明顯的程度部分，規(guī)定疲勞壽命N05106107 時(shí)的最大應(yīng)力值為條件疲勞極限，用 表示。(4) 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度校核 資料的疲勞極限是由規(guī)范試樣測定的。構(gòu)件的外形,尺寸,外表質(zhì)量均能夠與規(guī)范試樣不同。普通采用有效應(yīng)力集中系數(shù)Ks,尺寸系數(shù)es和外表加工系數(shù)b均由圖表可查, 對資料的疲勞極限進(jìn)展修正得到構(gòu)件的疲勞極限。即再把構(gòu)件的疲勞極限除以平安因數(shù)得到疲勞許用應(yīng)力。交變應(yīng)力的強(qiáng)度條件為最大任務(wù)應(yīng)力 疲勞許用應(yīng)力疲勞曲線，簡稱為曲線 課題12.4 影響構(gòu)件疲勞極限的主要要素 及構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、影響構(gòu)件疲勞極限的主要要素 應(yīng)力集中的影響2. 構(gòu)件尺寸的影響3.外

7、表加工質(zhì)量的影響稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞極限 對稱循環(huán)改動(dòng)交變應(yīng)力作用時(shí) 構(gòu)件疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法簡介 構(gòu)件在對稱循環(huán)下的作用應(yīng)力 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件為對稱循環(huán)改動(dòng)交變應(yīng)力作用時(shí) ： 在對稱循環(huán)下，構(gòu)件疲勞強(qiáng)度計(jì)算的根本步驟 1查表確定構(gòu)件的有效應(yīng)力集中系數(shù)和外表質(zhì)量 、尺寸系數(shù)2計(jì)算構(gòu)件的最大任務(wù)應(yīng)力 3計(jì)算構(gòu)件的任務(wù)平安系數(shù)，然后用構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)展強(qiáng)度計(jì)算。1) 合理設(shè)計(jì)構(gòu)件外形，降低構(gòu)件的應(yīng)力集中： 課題12.5 提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的途徑在角焊縫處，如采用圖12-5-5應(yīng)力集中程度要比無坡口焊接(圖12-5-5(b)改善很多二、提高構(gòu)件外表的加工質(zhì)量構(gòu)件外表越光滑，應(yīng)力集中就越小，因此適當(dāng)提高構(gòu)件外表的光潔度，特別對高強(qiáng)度鋼，更為重要，由于它對應(yīng)力集中較敏感；但假設(shè)資料對應(yīng)力集中不敏感，如鑄鐵構(gòu)件，就沒有必要提高它的外表光潔度。此外，還應(yīng)防止構(gòu)件外表的機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕等。三、提高構(gòu)件表層的強(qiáng)度對于構(gòu)件中最大應(yīng)