内科大材料力学教案第30讲 交变应力（Ⅰ）

第三十讲材料力学教案第30讲教学方案——交变应力（Ⅰ）基本内容交变应力与金属疲劳的基本概念。材料持久极限的测定。持久极限曲线及其简化曲线。教学目的了解交变应力与疲劳失效的基本概念.了解交变应力与疲劳失效的工程实例.3.学生能够掌握并简单叙述疲劳失效的特点与原因.4.掌握循环特征、应力幅、平均应力的概念及其计算方法。重点、难点1.重点掌握循环特征、应力幅、平均应力的概念及其计算方法。2.重点了解疲劳失效的机理：3.了解持久极限（应力寿命）的测定、持久极限曲线的绘制方法。教学安排本节课安排2学时.

第十一章交变应力§11-1交变应力与疲劳失效1．交变应力：构件内随时间作周期性变化的应力，称交变应力。2．疲劳与疲劳失效：结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力作用下发生的破坏现象，称为疲劳失效，简称疲劳。3．构件承受交变应力的例子：a．齿轮啮合时齿根点的弯曲正应力随时间作周期性变化。如图14-1。b．火车轮轴横截面边缘上点的弯曲正应力随时间作周期性变化，如图14-2。c．电机转子偏心惯性力引起强迫振动梁上的危险点正应力随时间作周期性变化。如图14-3。4．疲劳失效的特点与原因简述构件在交变应力作用下失效时，具有如下特征：1）破坏时的名义应力值往往低于材料在静载作用下的屈服应力；2）构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环；3）构件在破坏前没有明显的塑性变形预兆，即使韧性材料，也将呈现“突然”的脆性断裂；4）金属材料的疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。如图14-4。疲劳失效的机理：交变应力引起金属原子晶格的位错运动→位错运动聚集，形成分散的微裂纹→微裂纹沿结晶学方向扩展（大致沿最大剪应力方向形成滑移带）、贯通形成宏观裂纹→宏观裂纹沿垂直于最大拉应力方向扩展，宏观裂纹的两个侧面在交变载荷作用下，反复挤压、分开，形成断口的光滑区→突然断裂，形成断口的颗粒状粗糙区。§11-2循环特征应力幅平均应力交变应力有恒幅与变幅之分，现考察按正弦曲线变化的恒幅交变应力与时间的关系，如图14-5。1．应力循环：图中应力大小由到经历了一个全过程变化又回到原来的数值，称为一个应力循环。完成一个应力循环所需的时间，称为一个周期。2．循环特征或应力比：一个应力循环中最小应力与最大应力的比值：

称为交变应力的循环特征或应力比。3．平均应力：与的代数平均值，即称为平均应力。4．应力幅：最大应力与最小应力之差的一半，即，不随时间变化的交变应力称恒幅交变应力，否则称变幅交变应力。5．对称循环：如果与大小相等、符号相反，此时的应力循环称为对称循环。对称循环有如下特点：6．脉动循环：若应力循环中（或），表示交变应力变动于某一应力与零之间，这种情况称为脉动循环，这时有：或：7．交变应力的特例——静应力：这时应力并无变化，有§11-3持久极限1．持久极限：标准试件经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值，称为该材料的持久极限。持久极限也称疲劳极限。2．条件持久极限：规定标准试件在一定循环次数下不破坏时的最大应力，称为条件持久极限（或名义持久极限）。3．应力寿命曲线：表示一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，称应力寿命曲线，也称S—N曲线。曲线是通过专用疲劳试验机，用若干光滑小尺寸专用标准试件测试而得，如图14-6。试件分为若干组，各组承受不同的应力水平，使最大应力值由高到底，让每组试件经历应力循环，直至破坏。