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1、第十一章第十一章 交变应力交变应力111 交变应力与疲劳失效交变应力与疲劳失效112 交变应力的几个名词术语交变应力的几个名词术语113 持久极限持久极限114 影响持久极限的因素影响持久极限的因素115 对称循环下对称循环下构件的疲劳强度计算构件的疲劳强度计算一、交变应力一、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。1111 交变应力与疲劳失效交变应力与疲劳失效t材料在交变应力作用下，在长期的反复之后，构件会在低于屈服极限的情况下发生破坏，习惯上称为疲劳破坏。二、疲劳破坏的发展过程二、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
2、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。材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。三、疲劳破坏的特点三、疲劳破坏的特点:s .12.断裂发生要经过一定的循环次数3.破坏均呈脆断4.“断口”分区明显。（光滑区和粗糙区）一、循环特征：一、循环特征：maxminr三、应力幅：三、应力幅：2minmaxa二、平均应力：二、平均应力：2minmaxmmminmaxaTt112 交变应力的几个名词术语交变应力的几个名词术语四、几种特殊的交变应力：四、几种特殊的交变应力：1.对称循环：1maxminrmaxmin0m2.脉动循环：0maxminr
3、0mint3.静应力：1rmaxmMPa5610115.05830042maxmaxAPMPa2.5370115.05580042minminAPMPa1225375612minmaxaMPa54925375612minmaxm957.0561537maxminr 例例1 1 发动机连杆大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：一、材料持久极限一、材料持久极限(疲劳极限疲劳极限)：113 持久极限持久极限循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称为疲劳极限
4、或持久极持久极限限。对称循环的持久极限记为持久极限记为-1,下标-1表示r=-1。二、二、疲劳试验疲劳试验三、三、N 曲线（应力曲线（应力寿命曲线）：寿命曲线）：-1对称循环的持久极限N(次数)max-1max,1max,2N1N27010 N钢制试样0N8010 N有色金属试样1.构件外形的影响件的持久极限同尺寸有应力集中的试的持久极限无应力集中的光滑试件K114 影响持久极限的因素影响持久极限的因素K 称为有效应力集中系数，k1d1)()(K1图11.8（P349）2.构件尺寸的影响光滑小试件的持久极限极限大尺寸光滑试件的持久 称为尺寸系数,11)(1图11.1（P352）3.构件表面质量
5、的影响光滑试件持久极限构件持久极限 称为表面质量系数：d11)()(如果循环应力为剪应力，将上述公式中的正应力换为剪应力即可。101K上述各系数均可查表而得。10 1K对称循环下对称循环下，构件的持久限：，构件的持久限：例例2 阶梯轴如图，材料为铬镍合金钢，b=920MPa，1=420MPa，1=250MPa，分别求出弯曲和扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数。解：1.弯曲时的有效应力集中系数和尺寸系数25.14050dD125.0405dr55.1,MPa1000:Kb时当由图表查有效应力集中系数55.1,MPa900:Kb时当55.1,MPa920:Kb时当77.0由表查尺寸系数f50f40
6、r=528.1 ,MPa1000:Kb时当25.1 MPa900:Kb时，当，时当 MPa920:b26.1)900920(90010025.128.125.1K81.02.扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数由图表查有效应力集中系数应用直线插值法由表查尺寸系数一、一、对称循环的对称循环的疲劳许用应力疲劳许用应力:n011二、二、对称循环的对称循环的疲劳强度条件疲劳强度条件:145 对称循环下对称循环下构件的疲劳强度计算构件的疲劳强度计算1 1Knmax1例例3 旋转碳钢轴上，作用一不变的力偶 M=0.8kNm，轴表面经过精车，b=600MPa，1=250MPa，规定 n=1.9，试校核轴的强度。解确定危险点应力及循环 特征minmaxWMMPa2.6505.03280031maxminr为对称循环f70f50r=7.5MM强度校核 查图表求各影响系数，计算构件持久限。MPa600 ;15.0 ;4.1 bdrdD求K：求：查图得查图得4.1K79.0求 ：表面精车，=0.94MPa8.692504.19.194.079.0 11011Knn安全max1
