最大剪應(yīng)力理論情況C靜態(tài)負(fù)荷下的延性材料課件

1、第 四 章不同型態(tài)負(fù)荷的設(shè)計(jì)機(jī) 械 設(shè) 計(jì)4-1 負(fù)荷型態(tài)靜態(tài)負(fù)荷完全反向覆變負(fù)荷變動負(fù)荷震動或衝擊負(fù)荷任意負(fù)荷4-2 應(yīng)力型態(tài)一般變動應(yīng)力靜態(tài)應(yīng)力完全反向覆變應(yīng)力材料疲勞試驗(yàn)V=0例題 對圖示平板彈簧，求其最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平均應(yīng)力與交替應(yīng)力。已知L=65mm、t=0.80mm、b=6.0mm，撓度ymin=3.0mm、ymax=8.0mm。解 附錄6附錄3：鋼之彈性模數(shù) E=207GPa4-3 疲勞強(qiáng)度材料抵抗疲勞負(fù)荷的能力稱為疲勞強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度 endurance strength在疲勞應(yīng)力作用下，材料可在某固定次數(shù)週期性負(fù)荷下確保安全。若此週期數(shù)為無限多次時(shí)，當(dāng)時(shí)的應(yīng)力值稱為耐久限(

2、endurance limit)。對於沒有耐久限的材料(如鋁)，在某一疲勞強(qiáng)度下致使破壞的週期數(shù)應(yīng)該加以記錄。4-4 影響疲勞強(qiáng)度的因素?cái)嗝娉叽纾撼叽缫驍?shù) CS材料材質(zhì)：材質(zhì)因數(shù) Cm表面光製：表面加工情況會影響疲勞強(qiáng)度應(yīng)力型態(tài)：應(yīng)力型式因數(shù) Cst應(yīng)力集中：疲勞破壞常發(fā)生在應(yīng)力集中處材料缺陷溫度不均勻的材料性質(zhì)殘留應(yīng)力腐蝕和環(huán)境因素材料氮化處理可提高疲勞強(qiáng)度4-5 估計(jì)真實(shí)疲勞強(qiáng)度例題4-2 一直徑1.75 in，由AISI 1050冷拉鋼切削而成的軸，在承受旋轉(zhuǎn)彎曲負(fù)荷下，估算其疲勞強(qiáng)度為何？解 附錄3：1050冷拉鋼之抗拉(極限)強(qiáng)度為100ksi再利用圖5-9：切削加工曲線38直徑1.

3、75 in鍛鋼彎曲負(fù)荷例題4-3 一極限強(qiáng)度為120 ksi之切削加工鑄鋼拉力桿，斷面尺寸為1.50 in平方，若承受完全反向覆變軸向力，試估算其疲勞強(qiáng)度為何？解 利用圖5-9：切削加工曲線44直徑1.50 in鑄鋼軸向拉力例題4-4 一熱軋AISI 1137鋼製成之直徑25 mm圓棒，若此棒用以承受完全反向扭轉(zhuǎn)負(fù)荷，試估算其疲勞強(qiáng)度為何？解 附錄3：1137熱軋鋼之抗拉(極限)強(qiáng)度為607 MPa再利用圖5-9：熱軋曲線180直徑25 mm鍛鋼完全反向扭轉(zhuǎn)負(fù)荷4-6 對不同型態(tài)負(fù)荷的設(shè)計(jì)機(jī)械元件在使用時(shí)，實(shí)際應(yīng)力應(yīng)不大於 設(shè)計(jì)應(yīng)力，即可達(dá)安全的要求。設(shè)計(jì)應(yīng) 力亦可稱工作應(yīng)力、容許應(yīng)力，或安全

4、 應(yīng)力。4-7 破壞的預(yù)估預(yù)測破壞的理論：最大正向應(yīng)力理論最大剪應(yīng)力理論最大畸變能理論(又稱 von Mises理論)Soderberg準(zhǔn)則最大正向應(yīng)力理論當(dāng)最大正向應(yīng)力超過材料的極限強(qiáng)度時(shí)，材料將產(chǎn)生破壞。適用於脆性材料的破壞預(yù)測。最大剪應(yīng)力理論當(dāng)最大剪應(yīng)力超過材料在拉伸實(shí)驗(yàn)中試片開始降伏時(shí)的最大剪應(yīng)力時(shí)，材料將產(chǎn)生降伏。常用於延性材料在完全反覆正向應(yīng)力、剪應(yīng)力，或二者結(jié)合下的設(shè)計(jì)使用。最大畸變能理論(von Mises理論)可非常準(zhǔn)確的預(yù)測延性材料在承受靜態(tài)負(fù)荷或完全反覆正向應(yīng)力、剪應(yīng)力，或二者合成應(yīng)力時(shí)的破壞。莫爾圓12對變動應(yīng)力而言的Soderberg準(zhǔn)則變動應(yīng)力是指零件承受一平均應(yīng)力

5、再加上一交替應(yīng)力。4-8 設(shè)計(jì)因數(shù)，N設(shè)計(jì)因數(shù)是一衡量元件受負(fù)載情況下的相對安全性指標(biāo)。設(shè)計(jì)因數(shù)，N，的定義如下設(shè)計(jì)應(yīng)力有時(shí)也稱容許應(yīng)力；機(jī)械元件在使用時(shí)的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)小於此設(shè)計(jì)應(yīng)力。在課本中建議的設(shè)計(jì)因數(shù)為1. 對結(jié)構(gòu)或機(jī)械元件在正常情況下。選用 延性材料，且材料性質(zhì)、負(fù)荷及應(yīng)力分 析的正確性仍有些疑問時(shí)，用N = 3。2. 靜態(tài)結(jié)構(gòu)。選用延性材料，且材料性質(zhì)、 負(fù)荷及操作情況都已確知時(shí)，用N = 2。3. 靜態(tài)結(jié)構(gòu)。選用脆性材料，且材料性質(zhì)、 負(fù)荷及操作情況都已確知時(shí)，用N = 3。4. 機(jī)械元件。選用脆性材料，且材料性質(zhì)、 負(fù)荷及應(yīng)力分析都不確定時(shí)，用N = 4或更 高。5. 機(jī)械元件。選

6、用延性材料，且材料性質(zhì)、 負(fù)荷及應(yīng)力分析都不確定時(shí)，特別是在震 動或衝擊負(fù)荷下，用N = 4或更高。4-9 決定設(shè)計(jì)因數(shù)或設(shè)計(jì)應(yīng)力的方法使用符號定義如下情況A：靜態(tài)負(fù)荷下的脆性材料情況A1：拉應(yīng)力設(shè)計(jì)應(yīng)力情況A2：壓應(yīng)力情況A：靜態(tài)負(fù)荷下的脆性材料 (續(xù))情況A3：雙軸向應(yīng)力先求出主應(yīng)力 1 與 2若 1 與 2 皆為拉應(yīng)力 使用情況 A1若 1 與 2 皆為壓應(yīng)力 使用情況 A2若 1 與 2 為一正一負(fù)，則情況B：疲勞負(fù)荷下的脆性材料 疲勞負(fù)荷下通常都不使用脆性材料 ，故此情況下無適當(dāng)公式可用，僅能依實(shí)驗(yàn)以確保安全。情況C：靜態(tài)負(fù)荷下的延性材料 情況C1：最大剪應(yīng)力理論情況C：靜態(tài)負(fù)荷下的延性材料 (續(xù)) 情況C2：畸變能理論先求出主應(yīng)力 1 與 2情況D：完全反向覆變正向應(yīng)力 先求出覆變應(yīng)力 的最大振幅值 (max)情況E：完全反向扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 若最大振幅值為 max情況E1：最大剪應(yīng)力理論情況E：完全反向扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 (續(xù)) 最大振幅值為 max情況E2：畸變能理論max情況F：完全反向合成應(yīng)力 先求出最大剪應(yīng)力 max情況F1：最大剪應(yīng)力理論情況F2：畸變能理論情況G：變動正向應(yīng)力：Soderberg 準(zhǔn)則 情況H：變動剪應(yīng)力 情況 I：變動合成應(yīng)力 先求出最大平均剪應(yīng)力 max及最大交替剪