材料力学II课件：ch16-2015 疲劳(3rd)

1、第 16 章 疲 劳单辉祖编著：材料力学 单辉祖：材料力学2第 16 章 疲劳 本章主要研究： 循环应力与疲劳的概念 材料的疲劳强度 构件的疲劳强度与分析计算 提高构件疲劳强度的措施单辉祖：材料力学31 引言 2 循环应力及其类型3 S-N曲线与材料的疲劳极限4 影响构件疲劳极限的主要因素5 对称循环应力下构件的强度计算6 非对称与弯扭组合循环应力下构件 的强度计算7 变幅循环应力与累积损伤概念简述8 含裂纹构件断裂失效概念简介单辉祖：材料力学41 引 言 循环应力 疲劳破坏及其特点单辉祖：材料力学5单辉祖：材料力学6单辉祖：材料力学7单辉祖：材料力学8单辉祖：材料力学9单辉祖：材料力学10单

2、辉祖：材料力学11单辉祖：材料力学12单辉祖：材料力学13单辉祖：材料力学14单辉祖：材料力学15 循环应力实例载荷 F 的大小循环变化,联杆内应力随之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：材料力学16起落架因飞机起落而反复受载（载荷不变, 轴转动）单辉祖：材料力学17循环应力随时间循环变化的应力（也称交变应力）循环应力的变化幅度，可能是恒定的, 也可能是变化的循环应力恒幅循环应力变幅循环应力单辉祖：材料力学18 疲劳破坏在循环应力作用下，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

3、全断裂疲劳破坏单辉祖：材料力学19单辉祖：材料力学202 循环应力及其类型 恒幅循环应力描述 恒幅循环应力的类型单辉祖：材料力学21 恒幅循环应力描述恒幅循环应力较常见，也是分析变幅循环应力问题的基础两种描述方式： 最大应力 smax 与最小应力smin 平均应力sm与应力幅sa单辉祖：材料力学22 恒幅循环应力的类型循环应力变化特点，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 的循环应力单辉祖：材料力学23单辉祖：材料力学24单辉祖：材料力学25单辉祖：材料力学26单辉祖：材料力学273 S-N曲线与材料的疲劳极限 疲劳试验 S-N曲线与材料

4、的疲劳极限单辉祖：材料力学28 疲劳试验旋转弯曲疲劳试验采用小尺寸（610 mm）光滑标准试样（为一等强梁）轴向拉压疲劳试验机单辉祖：材料力学29 S-N 曲线与材料的疲劳极限 S-N 曲线 - 应力 S（s 或 t）与相应应力循环数（或寿命） N 的关系曲线 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s /MPas bs sN钢s r持久极限单辉祖：材料力学30N0某指定寿命材料疲劳极限或条件疲劳极限材料的持久极限与疲劳极限，统称为材料的疲劳极限单辉祖：材料力学31单辉祖：材料力学32单辉祖：材料力学33单辉祖：材料力学34单辉祖：材料力学35单辉祖：材料力学36单辉

5、祖：材料力学374 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：材料力学38 构件外形的影响应力集中促使疲劳裂纹的形成，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有效应力集中因数单辉祖：材料力学39应尽量减小应力集中，特别对于高强度材料构件 增大圆角半径 减小相连杆段的尺寸差别 将必要的孔与沟槽等配置在低应力区 采用凹槽与卸荷糟等单辉祖：材料力学40 构件横截面尺寸的影响试验：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

6、寸试样的疲劳极限直径 d 愈大, sr 降低愈多；sb 愈高，截面尺寸对sr 的影响愈大 es ,et 尺寸因数单辉祖：材料力学41 构件表面加工质量的影响最大应力发生在构件表层，构件表面又常存在各种缺陷，故构件表面加工质量与表层状况对疲劳强度存在影响表面加工质量愈低, 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：材料力学425 对称循环应力下构件的疲劳强度计算 疲劳强度条件 例 题单辉祖：材料力学43 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：材料力学44smax , tmax 最大工作应力（名义应力）s-1 , t-1 对不同截面一般不同疲劳强度条件的另一种表示形式：单辉祖：材料力学45 例 题例 5-1 图示铬镍合金钢轴，承受对称循环的交变弯矩， Mmax = 700 N.m, 试校核疲劳强度。D=50mm，d=40mm, R = 5 mm, sb