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机械设计精品课件 疲劳强度.ppt

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,,第二章 机械零件的疲劳强度设计,§2-1 概 述,§2-2 材料疲劳曲线和极限应力图,§2-3 影响(part)零件疲劳强度的主要因素,§2-4 受稳定循环应力时零件的疲劳强度,§2-5 受规律性不稳定循环应力时零件的疲劳强度,§2-1 概 述,§2-1 概 述,材料疲劳的两种类别,一、交变应力的描述(Parameters of variable stress),,,(1)非对称循环变应力,应 力 幅:σa=(σmax-σmin)/2,平均应力:σm=(σmax+σmin)/2,应力循环特性:r= σmin /σmax,(-1≤ r ≤+1),(2) 脉动循环变应力,(3)对称循环变应力,最大应力: σmax,最小应力: σmin,σmin =0 ;σm =σar= σmin /σmax =0,σm =0 ; σmax =σa= -σmin r= σmin /σmax= -1,概述3,概 述,规律性变幅循环应力,随机循环应力,§2-1 概 述,§2-1 概 述,材料疲劳的两种类别,表2-1 几种典型变应力的循环特征和应力特点,,,,,,,,,当零件受变切应力作用时,只需将公式中的,§2-1 概 述,§2-1 概 述,材料疲劳的两种类别,,,,,,,,,注意:静应力只能由静载荷产生,而变应力可能由变载荷产生,也可能由静载荷产生,§2-1 概 述,§2-1 概 述,一、疲劳破坏,疲劳破坏是循环应力作用下零件的主要失效形式。,曲轴断裂,内源断裂,概述2,概 述,疲劳断口特征:疲劳区和脆性断裂区。,疲劳破坏的机理:疲劳破坏是一个损伤累积的过程,需要时间,寿命可计算。 影响因素:不仅与材料性能有关,变应力的循环特性, 应力循环次数,应力幅都对疲劳极限有很大影响。,概述2,概 述,曲轴疲劳断裂断口特征,返回,裂纹源区,,,,,,,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,一、疲劳曲线( - N 曲线),——疲劳极限,循环特征为r的循环变应力下应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力 称为材料的疲劳极限。,疲劳寿命(N)——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N,1、疲劳曲线:应力循环特性一定时,材料的疲劳极限与应力循环次数之间关系的曲线,No —循环基数—持久极限,,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,材料的疲劳曲线σrN –N(Curve of fatigue ),N0,,有限寿命区,无限寿命区,,,,,,,,,,,,,A,B,C,,N0—循环基数,m、C—系数,σrN1,σrN2,N1,N2,σrN0,,,,103,1)有限寿命区当N103(104)—低周循环,疲劳极限接近于屈服极限,按静强度计算,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,,当N103(104)——高周循环疲劳当 时随循环次数↑疲劳极限↓,注意:有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。,2)无限寿命区,——持久极限,对称循环:,脉动循环:,3)疲劳曲线方程,,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,§2-2 疲劳曲线和极限应力图,∴疲劳极限,几点说明:,② m—指数与应力与材料的种类有关。 钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力 青铜 m=9——弯曲应力 m=8——接触应力,① No 硬度≤350HBS钢, No=107≥350HBS钢, No=(10 - 25)x107 有色金属(无水平部分),规定当No25x107时,近似为无限寿命区,——寿命系数,疲劳曲线2,材料疲劳曲线和极限应力图,5)无限寿命设计: N ≥ N0 时的设计。取 = 。,注:1)计算 时,如 N ≥ ,则取 N= 。,2)工程中常用的是对称循环应力( =-1)下的疲劳极限,计算时,只须把 和 换成 和 即可。,3)对于受切应力的情况,则只需将各式中的 换成 即可。,4)当N <( ~ )时,因 N 较小,可按静强度计算。,③ 应力循环特性越大,材料的疲劳极限与持久极限越大,对零件强度越有利。 对称循环(应力循环特性=-1)最不利,极限应力图3,材料疲劳曲线和极限应力图,疲劳曲线的用途:,根据循环特征为r的无限寿命的疲劳极限,确定疲劳寿命 N 的条件疲劳极限,极限应力图,材料疲劳曲线和极限应力图,二、材料 极限应力图,定义:在疲劳寿命N 一定时,表示疲劳极限 与应力比 之间关系的线图。,下图为疲劳寿命为 (无限寿命)时的极限应力图,,,,对任何材料(标准试件),对不同的应力循环特性下有不同的持久极限,即该材料的最大应力 ,再由应力循环特性可求出 、 、,极
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