第2章 机械零件的强度ppt课件.ppt

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1、第2章机械零件的强度§2-2材料的疲劳特性§2-3机械零件的疲劳强度计算§2-4机械零件的接触强度§2-1载荷和应力潘存云教授研制Fnb()maxFnb()min§2-1载荷和应力一、载荷的简化和力学模型考虑到工程问题的复杂性，强度计算时，往往要对作用在零件上的载荷进行简化——条件性计算。简化方法：以集中力代替均布力以支承点代替支承面二、载荷的分类载荷静载荷变载荷工作载荷名义载荷计算载荷K——载荷系数潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制三、应力的种类otσσ=常数脉动循环变应力r=0

2、静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:循环变应力变应力的循环特性:对称循环变应力r=-1----脉动循环变应力----对称循环变应力-1=0+1----静应力σmaxσmTσmaxσminσaσaσmotσσmaxσminσaσaotσotσσaσaσminr=+1静应力是变应力的特例四、静应力作用下零件的强度问题1.简单静应力下零件的强度计算2.复杂静应力下零件的强度计算脆性材料：塑性材料：第一强度理论第三强度理论第四强度理论——脆性材料——塑性材料§2-2变应力作用下材料的疲劳特性一

3、、变应力作用下零件的失效特征变应力作用下，零件的损坏形式都是疲劳破坏，如：疲劳断裂、疲劳点蚀等。▲零件表层产生微小裂纹；疲劳断裂过程：▲随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展；▲当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂。潘存云教授研制▲疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低;▲疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;▲疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。不管脆性材料或塑性材料，疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。疲劳断裂具有以下特征：▲断裂面累积损伤处表面光滑

4、，而折断区表面粗糙。表面光滑表面粗糙潘存云教授研制潘存云教授研制σmaxN二、s－N疲劳曲线用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：s－N疲劳曲线104C在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σb。B103σtσbAN=1/4在AB段，应力循环次数<103σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度。BC段，N=103~104，随着N↑→σmax↓,疲劳现象明显。因N较小，特称为：低周疲劳。潘存云教授研制由于ND很

5、大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞。σmaxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区，其方程为：实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。可用下式描述：于是有：104CB103CD区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中，sr、N0及m的值由材料试验确定。试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的变应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，如果作用的变应力最大应

6、力小于D点的应力（σmax<σr），则无论循环多少次，材料都不会破坏。CD区间-----有限疲劳寿命阶段D点之后----无限疲劳寿命阶段高周疲劳σmaxNσrN0≈107CσBAN=1/4104CB103DσrNN潘存云教授研制潘存云教授研制σaσm应力幅平均应力σaσmσSσ-1σaσmσSσ-1材料的疲劳极限曲线也可用在特定的应力循环次数N下，极限应力幅之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。简化曲线之一简化曲线之二三、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。σSσ-145˚潘存云教授研制σaσm

7、σS45˚σ-1O简化等寿命曲线（极限应力线图）：静应力（塑性材料）：σa=0σm=σsA’E’直线上任意点代表了一定循环特性r时的疲劳极限。对称循环：σm=0A’脉动循环：σm=σa=σ0/2说明C’E’直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。σ0/2σ0/245˚B’σ’mσ’aC’E’直线上任意点N’的坐标为（σ’m，σ’a）σ’aE’C’N’过C’点作与横轴成1350的斜线，交A’B’连线的延长线于E’点，折线A’B’E’C’即为极限应力线图。潘存云教授研制σaσmσS45˚σ-1E’C’σ0

8、/2σ0/245˚B’A’O而正好落在A’E’C’折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。当应力点落在OA’E’C’以外时，一定会发生疲劳破坏。当循环应力参数（σm，σa）落在OA’E’C’以内时，表示可能不会发生疲劳破坏。连接OB’、OE’，极限应力图划分为几个区域：A’OB’区域B’OE’区域E’OC’区域若工作应力点落在A’OE’区域——按疲劳强度计算若工作应力点落在E’OC’区域——按静强度计算§2-3机械零件的疲劳强度计算一、