Ch02机械零件的疲劳强度设计ppt课件.ppt

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1、基本要求：1）了解疲劳破坏及疲劳断口特征，循环应力的五个特征参数；2）掌握疲劳曲线和极限应力图；3）了解影响机械零件疲劳强度的主要因素；4）掌握恒幅循环应力下机械零件的疲劳强度计算；5）理解变幅循环应力下机械零件的疲劳强度计算。重点与难点：1）疲劳曲线和极限应力图；2）恒幅循环应力下机械零件的疲劳强度计算。第二章机械零件的疲劳强度设计§2-1概述一、疲劳破坏机械零件在循环应力作用下。即使循环应力的，而应力的每次循环也仍然会对零件造成轻微的损伤。随应力循环次数的增加，当损伤累积到一定程度时，在零件的表面或内部将出现（萌生）裂纹。之后，裂纹又逐渐扩展直到突然发生

2、完全断裂。这种由交变应力形成的破坏称为疲劳破坏。疲劳破坏——循环应力作用下零件的主要失效形式。在构件没有明显的塑性变形时突然发生，常会产生严重的后果。表面无缺陷金属材料疲劳断裂过程大体分为两个阶段：第一阶段：产生初始裂纹，形成疲劳源；第二阶段：以疲劳源为中心，裂纹逐渐扩展，直至达到临界裂纹尺寸而发生突然断裂。初始裂纹疲劳区(光滑)粗糙区轴机械零件内部的夹渣、微孔等铸造缺陷或锻造缺陷，以及表面上的切削刀痕、划伤、腐蚀小坑等，都可形成疲劳源。实际零件的疲劳断裂过程直接从第二阶段开始。粗糙区光滑区疲劳破坏特征：1）断裂过程：①产生初始裂反（应力较大处）；②裂纹尖端

3、在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。寿命可计算。2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）；②粗糙区（脆性断裂区）3）无明显塑性变形的脆性突然断裂4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限。脆性断裂区疲劳区疲劳源疲劳纹实验表明：构件的疲劳破坏与它在静应力下的强度破坏存在着本质的差异。安全——寿命设计法在规定的工作期间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为零件失效。破损——安全设计法允许零件存在裂纹，但须保证在规定的工作周期内能安全可靠的工作。疲劳强度设计方法：二、变应力的类型循环应力随机变应力循环应力——周期性变化的应力。随机变应力——随机变化的

4、应力。本章主要介绍循环应力作用下的疲劳强度计算方法变应力的大小可按其最大应力进行比较。概述3规律性不稳定循环应力循环应力稳定循环应力对称循环应力脉动循环应力非对称循环应力循环应力可用五个参数中的任意两个表示。三、材料的持久疲劳极限及其测定实践表明，在交变应力作用下，构件内的最大应力若不超过某一极限值，则构件可经历无限次应力循环而不发生疲劳破坏，这个应力的极限值称为持久疲劳极限，用r表示，r为交变应力的循环特性。构件的持久疲劳极限与循环特性有关，构件在不同循环特性的交变应力作用下有着不同的持久疲劳极限，以对称循环下的持久极限-1为最低。因此，通常都将-1

5、作为材料在交变应力下的主要强度指标。材料的持久极限可以通过疲劳实验测定。下面以常用的对称循环下的弯曲疲劳实验为例，对称循环弯曲疲劳实验机如图。从疲劳曲线可以看出，试件断裂前所经受的循环次数，随构件内最大应力的减小而增加；当最大应力降低到某一数值后，疲劳曲线趋于水平。107-10Nmax疲劳曲线有一条水平渐近线，只要应力不超过这一水平渐近线对应的应力值，试件就可以经历无限次循环而不发生疲劳破坏。这一应力值即为材料的持久极限-1。通常认为，钢制的光滑小试件经过107次应力循环仍未疲劳破坏，则继续实验也不破坏。因此，N=107次应力循环对应的最大应力值，即为

6、材料的持久疲劳极限-1。各种材料的持久极限可以从有关手册中查得。试验表明，材料的持久极限与其静载荷下的强度极限之间存在以下近似关系对于拉伸交变载荷：-1≈0.28b对于弯曲交变载荷：-1≈0.46b对于扭转交变载荷：-1≈0.22b§2-2疲劳曲线和极限应力图两个概念：2）疲劳寿命N——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。1）材料的疲劳极限——在应力比为r的循环应力作用下，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力。疲劳强度设计中，以疲劳极限作为极限应力。r不同或N不同时，疲劳极限则不同。σO高强度合金钢和有色金属的疲劳曲线没有水平

7、线。N—应力循环次数σrN—有限寿命疲劳极限（对应于N）σr—持久疲劳极限（对应于N0）疲劳曲线（σ-N曲线）——应力比r一定时，表示疲劳极限σrN与循环次数N之间关系的曲线。N0—循环基数（一般规定为）σrN随N的增大而降低。当N超过N0时，曲线趋于水平，σrN不再随N增大而降低。曲线与水平线交点的横坐标N0，以为界将曲线分为两区。s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区疲劳曲线疲劳曲线以N0为界，曲线分为两个区：1）无限寿命区：当N≥N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。可以认为：当材料

8、受到的应力不超过时，则可以经受无限次的应力循环而不疲