交变应力讲解ppt课件.ppt

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1、材料力学第十一章交变应力第十一章交变应力§11–1概述§11–2交变应力的几个名词术语§11–3材料持久限及其测定§11–4构件持久限及其计算§11–5对称循环下构件的疲劳强度计算动荷的分类及其研究方法⑴构件做匀加速运动（如圆周运动）——加上惯性力机械结构中常用⑵加速度周期变化——用振动理论⑶加速度剧变（如冲击Δt=0.01s）——用能量法各种机械中都会遇到⑷载荷周期变化——交变应力§11–１概述折铁丝目录目录一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，这种应力称为交变应力。o交变应力aaLppFSM火车轮轴简化为一外伸梁ωtydPammωtydo2134交变应力12

2、341maxmint材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。二、疲劳破坏的特点：1、破坏时，不论是脆性材料和塑性材料，均无明显的塑性变形，且为“突然”断裂，破坏前没有明显的预兆（危害性）2、疲劳破坏的断口，有明显的光滑区及晶粒粗糙区。在光滑区可见到微裂纹的起始点（疲劳源），周围为中心逐渐向四周扩展的弧形线（判断依据）3、构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环。4、破坏时的最大应力值远小于静载荷作用下破坏时的极限应力（必要性）因疲劳破坏是在没有明显征兆的情况下突然发生的，极易造成严重事故。据统计，机械零件，尤其是高速运转的构件的破坏，大部分属于疲劳破坏。19

3、79年，美国DE-10型飞机失事，死亡270人，原因螺旋桨转轴发生疲劳破坏，该型号飞机停飞一年，全面检修，是设计问题。疲劳破坏案例11981年初，欧洲北海油田“基尔兰”号平台覆灭，死亡123人，原因疲劳破坏，横梁在海浪的交变应力作用下，横梁承孔边裂缝，当时大风掀起7米巨浪，10105吨的浮台沉没于大海之中疲劳破坏案例21998年5月，德国高速列车出轨，原因列车大轴发生疲劳破坏。疲劳破坏案例3三、疲劳破坏产生的机理：交变应力超过一定的限度，在构件上应力集中处，产生微裂纹，再向四周扩展，形成宏观裂纹，而不断扩展。扩展中裂纹表面摩擦，形成光滑区；随着裂纹的扩展，形成弧形。当表面被削弱至不

4、能承受所加载荷而断裂，即为脆断粗糙区。疲劳破坏产生的过程可概括为：裂纹形成裂纹扩展断裂四、疲劳破坏的发展过程:1.亚结构和显微结构发生变化，从而永久损伤形核。2.产生微观裂纹。3.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。4.宏观主导裂纹稳定扩展。5.结构失稳或完全断裂。交变应力目录疲劳失效的解释材料的疲劳失效是在交变应力作用下，材料中裂纹的形成和逐渐发展的结果具体过程如下：（1）、原因由于构件的形状变化、材料不均匀、表面加工质量等原因，使得构件内某局部区域的应力偏高，形成高应力区而裂纹尖端处于严重的应力集中是导致疲劳失效的主要原因。构件长期在交变应力的作用下，在最不利或较弱的晶体

5、，沿最大切应力作用面形成滑移带，滑移带开裂形成微观裂纹；（2）、微观裂纹形成分散的微观裂纹经过集结沟通，形成宏观裂纹，此即裂纹萌生的过程。(3)、宏观裂纹裂纹尖端一般处于三向拉伸应力状态，不易出现塑性变形。已形成的宏观裂纹在交变应力的作用下逐渐扩展，扩展是缓慢的并且是不连续的。因应力水平的高低时而持续，时而停滞，裂纹两侧时压、时离，似相互研磨，形成光滑区。（4）、裂纹扩展随裂纹的扩展，构件截面逐步削弱，应力增大。当削弱到一定极限时，应力增大到一定程度，在突变的外因（超载、冲击或振动）下突然断裂，断口出现粗糙区。（5）、脆断tT一点的应力由某一数值开始，经过一次完整的变化又回到这一

6、数值的一个过程;最大应力：最小应力：；平均应力：交变应力§11–2交变应力的循环特性、应力幅和平均应力1、交变应力的参数应力幅：循环特征：★具体描述一种交变应力，可用最大应力和循环特性r，或用平均应力和应力幅值。动载荷/交变应力以上五个特征值中，只有二个是独立的。满足具体描述一种交变应力，可用最大应力和循环应力r，或用平均应力和应力幅值。2、几种典型的交变应力情况不稳定的交变应力：、不是常量，为变化的（不等幅情况）。稳定的交变应力：、均不变，为常数（等幅情况）；（1）对称循环：如受弯的车轴t，（2）非对称循环：o（a）脉动循环：如齿轮t（b）静应力：如拉压杆t例1发动机连杆大

7、头螺钉工作时最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN，螺纹内径为d=11.5mm，试求a、m和r。解：交变应力材料在交变应力作用下产生疲劳失效时所经历的应力循环次数，记作N；§11–3持久极限疲劳寿命：与及r有关。一、材料的持久极限在一定的循环特征r下：交变应力材料经历无数次应力循环仍不发生疲劳失效的最大应力材料持久限(疲劳极限)用r表示。无限寿命疲劳极限或持久极限材料在规定的应力循环次数N下，不发生疲劳失效的最大应力值，记作。有限寿命持久