《工程力学》交变应力

《工程力学》交变应力CATALOGUE目录引言交变应力的基本理论交变应力的计算方法交变应力的实验测定方法交变应力下的材料疲劳破坏交变应力在工程中的应用及案例分析01引言03交变应力可以分为对称循环应力、脉动循环应力和非对称循环应力等类型，不同类型的交变应力对材料的影响也不同。01交变应力是指随时间作周期性变化的应力，也称为循环应力。02交变应力的特点包括其最大值、最小值、平均值以及变化频率等参数，这些参数对于材料的疲劳破坏有重要影响。交变应力的概念与特点交变应力是导致工程结构和机械零件疲劳破坏的主要原因之一，因此研究交变应力对于提高工程结构和机械零件的疲劳寿命具有重要意义。通过研究交变应力，可以了解材料在循环载荷作用下的力学性能和变形行为，为工程设计和材料选择提供重要依据。交变应力的研究还可以促进新材料、新工艺和新技术的开发和应用，推动工程力学学科的发展。交变应力的研究意义通过本课程的学习，学生将能够运用所学知识分析和解决工程实际问题，提高工程实践能力和创新能力。课程目的是使学生掌握交变应力的基本概念、特点和研究方法，了解交变应力对工程结构和机械零件的影响及其预防措施。学习内容包括交变应力的分类、表征参数和测试方法，材料在交变应力作用下的力学性能和变形行为，以及工程结构和机械零件的疲劳设计方法和疲劳寿命评估等。课程目的与学习内容02交变应力的基本理论交变应力的分类按载荷作用方式分类静载荷引起的静应力、变动载荷引起的变应力、交变载荷引起的交变应力。按应力循环特性分类对称循环交变应力、脉动循环交变应力、非对称循环交变应力。123交变应力中最大应力和最小应力的差值的一半，用符号σa表示。应力幅交变应力中最大应力和最小应力的平均值，用符号σm表示。平均应力交变应力中最小应力和最大应力的比值，用符号R表示。应力比交变应力的表示方法载荷的大小、频率、波形等都会影响交变应力的产生和变化。载荷特性材料的弹性模量、屈服强度、疲劳极限等力学性质对交变应力的响应有重要影响。材料性质构件的形状、尺寸、表面质量以及连接方式等都会影响交变应力的分布和大小。结构因素温度、湿度、腐蚀等环境因素也会对交变应力产生影响，可能导致材料的力学性能下降，从而加剧交变应力的破坏作用。环境条件交变应力的影响因素03交变应力的计算方法叠加原理在交变应力作用下，构件某一点的应力可以看作是静应力与动应力的叠加。即该点的总应力等于静应力与动应力之和。叠加原理的应用叠加原理可以用于计算构件在交变载荷作用下的总应力和总变形，从而评估构件的疲劳寿命和安全性。静应力与动应力的概念静应力是指构件在静载荷作用下产生的应力，动应力则是指构件在动载荷作用下产生的应力。静应力与动应力的叠加原理交变应力幅值01交变应力幅值是指交变应力中最大值与最小值之差的一半，它反映了交变应力的波动范围。平均应力02平均应力是指交变应力中的平均值，它反映了交变应力的整体水平。计算方法03交变应力幅值和平均应力可以通过对交变载荷进行实时监测和数据处理得到，也可以通过理论计算得到。常用的计算方法包括解析法、图解法和数值法等。交变应力幅值与平均应力的计算等效应力的概念等效应力是指将交变应力转换为等效的静应力，以便用静力学的方法来分析构件的疲劳问题。等效转换的方法等效转换的方法包括应力幅值法、能量法和损伤力学法等。其中，应力幅值法是最常用的方法之一，它将交变应力的幅值转换为等效的静应力幅值，从而简化了疲劳问题的分析过程。等效转换的应用等效转换在工程力学中具有重要的应用价值，它可以用于预测构件的疲劳寿命、优化结构设计、评估构件的安全性和可靠性等方面。交变应力的等效转换04交变应力的实验测定方法原理优点缺点应用场景电阻应变片法利用应变片的电阻值随应变变化的特性，通过测量电阻值的变化来推算出应变值。对试件表面质量要求高，粘贴应变片的过程较为繁琐，且容易受到环境温度和湿度的影响。测量精度高，适用范围广，可测量各种复杂形状和材料的应变。适用于各种静态和动态应变测量，如材料力学性能测试、结构强度分析等。利用某些透明材料在受力后产生双折射现象，通过偏振光干涉原理来测量应力分布。原理可以直观显示应力分布，对试件无损伤，适用于测量复杂形状和材料的应力。优点对材料透光性要求高，只能测量透明或半透明材料的应力，且测量精度受到光线折射、散射等因素的影响。缺点适用于测量透明或半透明材料的应力分布，如玻璃、塑料等。应用场景光弹性法在试件表面涂覆一层脆性材料，通过脆性材料在受力后产生的裂纹来推算出应力值。原理优点缺点应用场景操作简单，对试件无损伤，适用于测量大型结构和现场应力。测量精度较低，只能得到近似的应力值，且受到涂层材料性质、涂层厚度等因素的影响。适用于测量大型结构和现场的近似应力分布，如桥梁、隧道等。脆性涂层法05交变应力下的材料疲劳破坏在交变应力作用下，材料或构件经过一定循环次数后发生的断裂或损伤现象。疲劳破坏概念具有隐蔽性、突发性、高危害性，通常发生在应力集中部位。疲劳破坏特点疲劳破坏的概念与特点在交变应力作用下，材料表面或内部缺陷处产生微观裂纹。疲劳裂纹萌生疲劳裂纹扩展瞬时断裂微观裂纹在循环应力作用下不断扩展，形成宏观裂纹。当裂纹扩展到一定程度后，材料或构件在剩余截面上的应力达到其断裂强度，发生瞬时断裂。030201疲劳破坏的机理与过程影响因素材料性质、应力集中、表面状态、加载频率、环境温度等。提高措施优化结构设计、降低应力集中、提高材料表面质量、采用高强度材料等。同时，合理安排加载顺序和减小加载频率，以及控制环境温度等也有助于提高疲劳强度。影响疲劳强度的因素及提高措施06交变应力在工程中的应用及案例分析风载荷引起的交变应力风载荷作用下，桥梁结构会产生振动和变形，从而产生交变应力，影响桥梁的疲劳寿命。温度变化引起的交变应力桥梁结构在温度变化时，由于材料的热胀冷缩性质，会产生交变应力，导致结构疲劳损伤。车辆载荷引起的交变应力桥梁在承受车辆载荷时，会产生周期性的应力变化，这种交变应力是导致桥梁疲劳破坏的重要因素。桥梁工程中的交变应力问题齿轮在传动过程中，由于啮合齿面的接触应力和弯曲应力周期性变化，会产生交变应力，导致齿轮疲劳失效。齿轮传动中的交变应力轴承在运转过程中，由于滚动体和内外圈之间的接触应力和变形周期性变化，会产生交变应力，影响轴承的疲劳寿命。轴承中的交变应力机床主轴在加工过程中，由于切削力的周期性变化，会产生交变应力，导致主轴疲劳断裂。机床主轴的交变应力机械工程中的交变应力问题事故概述某型发动机在运行过程中发生曲轴疲劳断裂事故，导致发动机严重损坏。原因分析经过对事故曲轴进行材料分析、金相检验、硬度测试等，发现曲轴存在材料缺陷、加工工艺不当等问题，导致曲轴在