材料力学第六版PPT交变应力.ppt

Chapter11AlternatingStress,第十一章交变应力,.,第十一章交变应力（Alternatingstress）,111交变应力与疲劳失效(Alternatingstressandfatiguefailure),113持久极限(Endurancelimit),112交变应力的循环特征、应力幅和平均应力(Thecyclesymbol,stressamplitudeandmeanstressforalternatingstress）,114影响持久极限的因素(Theeffectivefactorsofendurancelimit),.,115对称循环下构件的疲劳强度计算(Calculationofthefatiguestrengthofthememberundersymmetriccycles),116持久极限曲线(Enduringlimitcurve),117不对称循环下构件的疲劳强度计算(Calculationofthefatiguestrengthofthememberunderunsymmetriccycles),118弯扭组合交变应力的强度计算(Calculationofthestrengthofcompositdeformations),.,111交变应力与疲劳失效(Alternatingstressandfatiguefailure),一、交变应力（Alternatingstress)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.,.,二、产生的原因(Reasons),例题1一简支梁在梁中间部分固接一电动机,由于电动机的重力作用产生静弯曲变形,当电动机工作时,由于转子的偏心而引起离心惯性力.由于离心惯性力的垂直分量随时间作周期性的变化,梁产生交变应力.,1.载荷做周期性变化（Loadchangesperiodicallywithtime）,2.载荷不变,构件点的位置随时间做周期性的变化（Thepointchangeshislocationperiodicallywithtimeunderanunchangeableload）,.,t,.,静平衡位置,例题2火车轮轴上的力来自车箱.大小、方向基本不变.即弯矩基本不变.,横截面上A点到中性轴的距离却是随时间t变化的.,假设轴以匀角速度转动.,A点的弯曲正应力为,随时间t按正弦曲线变化,.,三、疲劳破坏（Fatiguefailure）,材料在交变应力作用下的破坏习惯上称为疲劳破坏（fatiguefailure）,（1）交变应力的破坏应力值一般低于静载荷作用下的强度极限值,有时甚至低于材料的屈服极限.,（2）无论是脆性还是塑性材料,交变应力作用下均表现为脆性断裂,无明显塑性变形.,（3）断口表面可明显区分为光滑区与粗糙区两部分.,1.疲劳破坏的特点（Characteristicsofthefatiguefailure）,.,材料发生破坏前,应力随时间变化经过多次重复,其循环次数与应力的大小有关.应力愈大,循环次数愈少.,用手折断铁丝,弯折一次一般不断,但反复来回弯折多次后,铁丝就会发生裂断,这就是材料受交变应力作用而破坏的例子.,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.,.,（1）裂纹萌生在构件外形突变或材料内部缺陷等部位,都可能产生应力集中引起微观裂纹.分散的微观裂纹经过集结沟通,将形成宏观裂纹.,（2）裂纹扩展已形成的宏观裂纹在交变应力下逐渐扩展.,（3）构件断裂裂纹的扩展使构件截面逐渐削弱,削弱到一定极限时,构件便突然断裂.,2.疲劳过程一般分三个阶段（Thethreephasesoffatigueprocess）,.,交变应力的疲劳破坏与静应力下的破坏有很大差异,故表征材料抵抗交变应力破坏能力的强度指标也不同.,下图为交变应力下具有代表性的正应力时间曲线.,112交变应力的循环特征、应力幅和平均应力(Thecyclesymbol,stressamplitudeandmeanstressforalternatingstress),.,一、基本参数（Basicparameters）,应力每重复变化一次,称为一个应力循环（stresscycle）,在拉,压或弯曲交变应力下,在扭转交变应力下,最小应力和最大应力的比值称为循环特征（cyclesymbol）.用r表示.,1.应力循环(Stresscycle),2.循环特征（Cyclesymbol）,.,3.应力幅（Stressamplitude）,4.平均应力（Meanstress),最大应力和最小应力代数和的一半,称为交变应力的平均应力（meanstress）.用sm表示.,最大应力和最小应力的差值的的二分之一,称为交变应力的应力幅（stressamplitude）用sa表示,.,二、交变应力的分类（Theclassificationofalternatingstress）,1.对称循环（Symmetricalreversedcycle）,在交变应力下若最大应力与最小应力等值而反号.,min=-max或min=-max,r=-1时的交变应力,称为对称循环（symmetricalreversedcycle）交变应力.,.,（1）若非对称循环交变应力中的最小应力等于零（min=0）,r=0的交变应力,称为脉动循环（fluctuatingcycle）交变应力,时的交变应力,称为非对称循环（unsymmetricalreversedcycle）交变应力.,2.非对称循环（Unsymmetricalreversedcycle）,.,（2）r0为同号应力循环;rn,所以疲劳强度是足够的.,（4）静强度校核因为r0.20，所以需要校核静强度,最大应力对屈服极限的工作安全因数为,所以静强度也是满足的.,.,118弯扭组合交变应力的强度计算(Calculationofthestrengthofcompositdeformations),弯扭组合对称循环下的强度条件,是单一扭转对称循环下的安全因数,.,例题7阶梯轴的尺寸如图所示.材料为合金钢,sb=900MPa,s-1=410MPa,t-1=240MPa.作用于轴上的弯矩变化于-1000Nm到+1000Nm之间,扭矩变化于0到1500Nm之间.若规定安全因数n=2,试校核轴的疲劳强度.,解:（1）计算轴的工作应力.,首先计算交变弯曲正应力及其循环特征,.,其次计算交变扭转切应力及其循环特征,.,（2）确定各种因数,根据,由图11.8b查得,由图11.8d查得,由于名义应力