工程力学（静力学与材料力学）（第3版） 课件 第15章-疲劳强度

§1

引言

§2S-N曲线与材料的疲劳极限§3影响构件疲劳极限的主要因素§4疲劳强度计算第

15

章疲劳强度单辉祖-工程力学1§1

引言

循环应力

疲劳破坏及其特点单辉祖-工程力学2

循环应力实例载荷

F

的大小循环变化,联杆内应力随之循环变化每个齿随齿轮转动循环受力，齿内应力循环变化单辉祖-工程力学3起落架因飞机起落而反复受载（载荷不变,轴转动）单辉祖-工程力学4循环应力变化特点，影响材料与构件的疲劳强度－应力比或循环特征对称循环应力脉动循环应力非对称循环应力－所有

r

-1的循环应力循环应力类型单辉祖-工程力学5

疲劳破坏及其特点在循环应力作用下，材料或构件产生可见裂纹或完全断裂的现象－称为疲劳破坏，简称疲劳在循环应力作用下，如果应力足够大，并经历应力的多次循环后，构件将产生可见裂纹或完全断裂疲劳破坏单辉祖-工程力学6疲劳破坏特点钢拉伸疲劳断裂

破坏时应力低于sb，甚至

ss

即使是塑性材料，也呈现脆性断裂

断口通常呈现光滑与粗粒状两个区域断疲劳破坏过程，可理解为裂纹萌生、逐渐扩展与最后断裂的过程单辉祖-工程力学7§2

S-N曲线与材料的疲劳极限

疲劳试验

S-N曲线与材料的疲劳极限单辉祖-工程力学8

疲劳试验旋转弯曲疲劳试验采用小尺寸（6~10mm）光滑标准试样（为一等强梁）轴向拉压疲劳试验机单辉祖-工程力学9

S-N曲线与材料的疲劳极限

S-N

曲线

-

应力

S（s

或

t）与相应疲劳寿

命

N

的关系曲线s/MPaN钢

疲劳寿命-在一定应力作用下，试样断裂时

所经历的应力循环数

N单辉祖-工程力学10材料的持久极限与疲劳极限，统称为疲劳极限（存在水平渐近线）（不存在水平渐近线）

持久极限

-

材料能经受无限次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值,并用

sr或tr表示

疲劳极限

-在S-N曲线中，与某一指定寿命N0所对应的应力，并用

表示单辉祖-工程力学11实验表明，钢材的疲劳极限约为上述关系表明：

材料的疲劳极限与试样受力形式有关；

材料的疲劳极限与应力循环的特征有关。

疲劳极限显著低于静强度极限；单辉祖-工程力学12§3影响构件疲劳极限的主要因素

构件外形的影响

构件横截面尺寸的影响

构件表面加工质量的影响单辉祖-工程力学13

构件外形的影响由于截面急剧变化引起应力局部增大现象－应力集中应力集中圆孔半径愈小，应力局部增大现象即应力集中愈严重单辉祖-工程力学14构件外形的影响试验表明：应力集中对构件疲劳强度的影响很大－存在应力集中试样的疲劳极限－不存在应力集中试样的疲劳极限

圆角半径R愈小,Ks

愈大

sb

愈高,应力集中对sr

的影响愈显著

Ks－有效应力集中因数原因是应力集中促使疲劳裂纹的形成与扩展单辉祖-工程力学15尽量减小应力集中，特别对于高强度材料构件

增大圆角半径

减小相连杆段的横向尺寸的差别

将必要的孔与沟槽配置在低应力区

采用凹槽与卸荷糟等改善外形影响的措施单辉祖-工程力学16

构件横截面尺寸的影响试验表明：弯、扭疲劳极限随构件横截面尺寸增大而减小－标准试样的疲劳极限－大尺寸试样的疲劳极限

d愈大,sr降低愈多

sb

愈高,sr降低愈多es

－尺寸因数smax

相同时,大试样的高应力区比小试样的高应力区厚,因而疲劳裂纹更易于形成并扩展。单辉祖-工程力学17构件表面加工质量的影响试验表明，构件表面加工质量对疲劳强度影响很大。表面加工质量愈低,sr降低愈多；sb

愈高,加工质量对sr

的影响愈大。b

－表面质量因数

对于重要构件,尤其存在应力集中的部位,应特别讲究表面加工方法,愈采用高

sb

材料,愈重要

提高构件表层材料的强度、改善表层应力状况,例如渗碳、渗氮、高频淬火、表层滚压与喷丸等单辉祖-工程力学18§4疲劳强度计算

对称循环疲劳强度条件

例题单辉祖-工程力学19对称循环疲劳强度条件构件疲劳极限与许用应力构件疲劳强度条件（轴）（拉压杆与梁）构件疲劳极限：构件疲劳许用应力：nf－疲劳安全因数单辉祖-工程力学20

例题例题

铬镍合金钢轴,承受对称循环交变弯矩,

Mmax

=700N.m,校核疲劳强度。D=50mm，d=40mm,R=5mm,sb

=1200MPa,s-1=480M