L交变应力疲劳

1、 交变应力、疲劳强度第十一章第十一章 交变应力、疲劳强度交变应力、疲劳强度 交变应力、疲劳强度k11.1 11.1 交变应力与疲劳失效交变应力与疲劳失效tdysin2aPM M yIPadItzz2sint1243 交变应力、疲劳强度应力随时间作周期性变化，这种应力叫做交变应力PadItz2sint 交变应力、疲劳强度temgmmFysin)(2221 交变应力、疲劳强度t 交变应力、疲劳强度静平衡位置静平衡位置tt 交变应力、疲劳强度 试验结果表明试验结果表明: : 材料在交变应力作用下的破坏情况材料在交变应力作用下的破坏情况与静应力破坏与静应力破坏有本质的不同有本质的不同。材料在交变应力作

2、用。材料在交变应力作用下破坏的主要特征是下破坏的主要特征是: : (1) 因交变应力产生破坏时，最大应力值一般低于静载荷作用下材料的抗拉(压)强度极限b，有时甚至低于屈服极限s。(2)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。 交变应力、疲劳强度(3)(3) 材料的破坏为脆性断裂，一般没有显著的塑性变材料的破坏为脆性断裂，一般没有显著的塑性变形，形，即使是塑性材料也是如此。在构件破坏的断口上，即使是塑性材料也是如此。在构件破坏的断口上，明显地存在着两个区域：光滑区和颗粒粗糙区明显地存在着两个区域：光滑区和颗粒粗糙区。粗糙区光滑区裂纹源 交变

3、应力、疲劳强度 在交变应力作用下，材料或杆件发生可见裂纹或完全在交变应力作用下，材料或杆件发生可见裂纹或完全以脆性断裂形式失效的现象称为疲劳破坏。以脆性断裂形式失效的现象称为疲劳破坏。 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。 交变应力作用下构件抵抗疲劳失效的能力成为疲劳强度疲劳失效过程：（1）疲劳裂纹源的形成； （2）微观疲劳裂纹扩展； （3）宏观裂纹扩展，直至脆性断裂。 交变应力、疲劳强度11.2 11.2 交变应力的平均应力、循环特征交变应力的平均应力、循环特征 、应力幅、应力幅循环特征平均应力应力

4、幅tmaxmmin2minmaxmmaxminr2minmaxaabT 交变应力、疲劳强度对称循环非对称循环t1rmaxam, 0,1r 交变应力、疲劳强度脉动循环2, 0maxamrt 交变应力、疲劳强度 这一临界值称为材料的持久极限或疲劳极限。用 表示 。 在 减小到某一临界值时，试件可经历无穷多次应力循环而不发生疲劳破坏， 反之，降低 便可使破坏前经历的循环次数增多。 实验表明，在同一循环特征下，交变应力的最大实验表明，在同一循环特征下，交变应力的最大应力应力 越大，破坏前经历的循环次数越少；越大，破坏前经历的循环次数越少；maxmaxmaxr11.3 11.3 持久极限持久极限 交变应

5、力、疲劳强度 在纯弯曲变形下，测定对称循环的持久极限技术上在纯弯曲变形下，测定对称循环的持久极限技术上较简单。较简单。 将材料加工成最小直径为 710mm，表面磨光的试件，每组试验包括 6 10根试件。 交变应力、疲劳强度电机 交变应力、疲劳强度%701maxb第一根试件：1max2max略小于第二根试件：3max第三根试件：1N2N3Nmax1max2maxr1N2NN1为：对称循环的持久极限记 交变应力、疲劳强度11.4 11.4 影响构件持久极限的因素影响构件持久极限的因素一、构件外形的影响一、构件外形的影响 若构件上有螺纹、键槽、键肩等，其持久极限要若构件上有螺纹、键槽、键肩等，其持久

6、极限要比同样尺寸的光滑试件有所降低。其影响程度用有比同样尺寸的光滑试件有所降低。其影响程度用有效应力集中系数表示：效应力集中系数表示：久极限有应力集中的试件的持光滑试件的持久极限k1d1)()(K有效应力集中因数有效应力集中因数 交变应力、疲劳强度KrdDd11 .MMDdrb 900MPa图图 11.8(a)b 600MPa 交变应力、疲劳强度Krd1112.DdMMDdrb 900MPa图图 11.8(b)b 600MPa 交变应力、疲劳强度rd122. DdMMDdrb 900MPa图图 11.8(c)K 交变应力、疲劳强度rdTTK图图 11.8(d)1112.Dd 交变应力、疲劳强度

7、rdTTK图图 11.8(e)122. Dd 交变应力、疲劳强度二、构件尺寸的影响二、构件尺寸的影响 大试件的持久极限比小试件的持久极限要大试件的持久极限比小试件的持久极限要低低 交变应力、疲劳强度尺寸对持久极限的影响程度，用尺寸系数表示尺寸对持久极限的影响程度，用尺寸系数表示 下表给出了在弯、扭的对称应力循环时的尺寸系数。光滑小试件的持久极限光滑大试件的持久极限1d1)( 交变应力、疲劳强度表表 14-1 尺寸系数尺寸系数直径直径 d(mm)碳钢碳钢合金钢合金钢 各种钢各种钢20300.910.830.8930400.880.770.8140500.840.730.7850600.810.7

8、00.7660700.780.680.7470800.750.660.73801000.730.640.721001200.700.620.701201500.680.600.681505000.600.540.60 交变应力、疲劳强度三、构件表面质量的影响三、构件表面质量的影响 实际构件表面的加工质量对持久极限也有影响，这实际构件表面的加工质量对持久极限也有影响，这是因为不同的加工精度在表面上造成的刀痕将呈现不是因为不同的加工精度在表面上造成的刀痕将呈现不同程度的应力集中。同程度的应力集中。 若构件表面经过淬火、氮化、渗碳等强化处理，其持久极限也就得到提高。表面质量对持久极限的影响用表面状态系数表示：极限表面磨光的试件的持久持久极限其他加工情况的构件的d11)()( 交变应力、疲劳强度 综合考虑上述三种影响因素，构件在对称循环下