第二章 机械零件的强度ppt课件

精选,1,第二章机械零件的强度,*教学基本要求1.了解载荷、应力类型及相互关系2.掌握变应力的类型和最大、最小、平均应力、应力幅、应力比的定义及相互关系3.掌握强度计算的三个理论基础（疲劳曲线、等寿命曲线、迈内尔假说）4.掌握单向稳定变应力的强度计算方法，了解应力等效转化的概念5.会使用本章附录的图表与曲线,精选,2,重点和难点,*重点:掌握机械零件在稳定循环变应力下，根据任意循环次数和任意循环特征确定极限应力的方法；单向应力状态下安全系数计算方法。特别强调的是，在计算安全系数时所用的极限应力与工作应力的变化规律必须相一致。*难点:正确区分变应力的类型；理解和掌握将非稳定循环变应力转化为等效的稳定循环变应力、非对称循环变应力转化为等效对称循环变应力、复合应力状态转化为单向应力状态的原则和方法。,精选,3,*本章考点1.应力的类型和极限应力的确定2.疲劳曲线的特点、方程及应用3.材料和零件的极限应力线图的特点及绘制4.单向稳定变应力时机械零件在三种应力变化规律下的疲劳强度计算5.疲劳损伤累积假说的概念和Miner方程的应用,3-1材料的疲劳特性,3-2机械零件的疲劳强度计算,3-3机械零件的抗断裂强度,3-4机械零件的接触强度,*内容,精选,4,本章知识点框图,精选,5,载荷与应力,机械零件受力,简化,应用场合,应用场合,精选,6,*互动话题：静载荷是否一定产生静应力？举例说明。,精选,7,零件受静载荷时产生应力实例,变应力,变应力,变应力,静应力,精选,8,材料疲劳的两种类别,载荷与应力,二、交变应力的描述,描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。,*互动话题：变应力特性可用哪些独立参数来描述？,精选,9,静应力下零件的强度,失效形式断裂或塑性变形强度判别准则许用应力法和安全系数法1.许用应力法单向应力：或复合应力：2.安全系数法单向应力：或复合应力：式中：、为危险剖面或工作表面上的最大应力；S、S为危险剖面或工作表面上的计算安全系数；、是零件的许用应力；S、S为许用安全系数；lim为零件的极限应力，脆性材料取其强度极限B，塑性材料取其屈服极限S；、。,精选,10,一、疲劳断裂特征,稳定变应力下零件的强度,精选,11,疲劳曲线,稳定变应力下零件的强度,机械零件的疲劳大多发生在sN曲线的CD段，可用下式描述：,D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：,由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限r来近似代表ND和r，于是有：,有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：,式中，sr、N0及m的值由材料试验确定。,二、sN疲劳曲线,sN疲劳曲线,疲劳曲线动画,精选,12,极限应力线图,三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）,机械零件材料的疲劳特性除用sN曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。,在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。,用AC折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。,A直线的方程为：,C直线的方程为：,y为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：,对于碳钢，y0.10.2，对于合金钢，y0.20.3。,等寿命曲线动画,*互动话题：疲劳曲线和等寿命曲线的区别与联系是什么？,稳定变应力下零件的强度,精选,13,一、零件疲劳极限的影响因素材料性能、应力比、应力循环次数、应力集中、绝对尺寸和表面质量1.应力集中1）部位形状突变处2）计算方法为理论应力集中系数，查表2-1和图2-8，q为敏感系数，在01之间选取。材料越好，对应力集中越敏感，q值越大，因此高强度钢制零件应设法避免应力集中。实际计算时，结构钢q=0.60.8；合金钢q=1；铸铁q=0。如同一截面上有几种应力集中源，应取有效应力集中系数最大值。2.绝对尺寸由绝对尺寸系数表征，查表2-2和图2-9.3.表面质量由表面质量系数表征，查图2-10.二、综合影响系数上述影响统一用综合影响系数衡量，即,机械零件的等寿命曲线,精选,14,机械零件的疲劳强度计算1,机械零件的等寿命曲线,三、零件的极限应力线图,由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。,以弯曲疲劳极限的综合影响系数表示材料对称循环弯曲疲劳极限-1与零件对称循环弯曲疲劳极限-1e的比值，即,在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。,将零件材料的极限应力线图中的直线ADG按比例向下移，成为右图所示的直线ADG，而极限应力曲线的CG部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。,零件疲劳极限动画,精选,15,机械零件的疲劳强度计算2,机械零件的疲劳强度计算,四、单向稳定变应力时的疲劳强度计算,进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的max及min确定平均应力m与应力幅a，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。,根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：,应力比为常数：r=C平均应力为常数m=C最小应力为常数min=C,相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。,计算安全系数及疲劳强度条件为：,安全系数计算动画,实例：例2.1,精选,16,机械零件的疲劳强度计算4,机械零件的疲劳强度计算,五、复合稳定变应力时的疲劳强度计算,当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa和ta时，由实验得出的极限应力关系式为：,式中ta及sa为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。,若作用于零件上的应力幅sa及ta如图中M点表示，则由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。,由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线AMB上任何一个点即代表一对极限应力a及a。,计算安全系数：,*互动话题：疲劳曲线、等寿命曲线和迈内尔假说应用有何不同？,精选,17,规律性不稳定变应力,机械零件的疲劳强度计算3,机械零件的疲劳强度计算,六、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算,若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力1每循环一次对材料的损伤率即