材料力学第14章交变应力课件

1、材料力学(ci lio l xu)第十四章 交变(jio bin)应力共三十三页第十四章 交变(jio bin)应力141 概述142 交变应力的几个名词术语143 材料持久(chji)限及其测定144 构件持久限及其计算145 对称循环下构件的疲劳强度计算146 非常温静载下材料力学性能简介共三十三页14 概 述一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作(jinzu)周期性变化，这 种应力称为交变应力。折铁丝(ti s)PP共三十三页二、疲劳(plo)破坏的发展过程:1.亚结构和显微结构发生变化，从而(cng r)永久损伤形核。2.产生微观裂纹。3.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。4.宏

2、观主导裂纹稳定扩展。5.结构失稳或完全断裂。材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。共三十三页三、疲劳破坏(phui)的特点:2.断裂发生要经过(jnggu)一定的循环次数3.破坏均呈脆断4.“断口”分区明显。 （光滑区和粗糙区）共三十三页142 交变(jio bin)应力的几个名词术语一、循环(xnhun)特征：三、应力幅：二、平均应力：smsminsmaxsaTts共三十三页smt四、几种特殊(tsh)的交变应力：1.对称(duchn)循环：sminsmaxsaTs共三十三页ts2.脉动(midng)循环：3.静循环(xnhun)：五、稳定交变应力：循环特征及周期不变。sminsmax

3、satssmsmsminsmax共三十三页例1 发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力(ll)Pmax =58.3kN，最小拉力Pmin =55.8kN ，螺纹内径为 d=11.5mm，试求 a 、m 和 r。解：共三十三页143 材料持久(chji)限及其测定一、材料持久限(疲劳极限)： 循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件(gujin)就可以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称为“疲劳极限”，用r 表示。二、 N 曲线（应力寿命曲线）：N0循环基数。r材料持久限。A名义持久限。N(次数)sNAsAsrN0共三十三页144 构件(gujin)持久限及其计算一、构件(gujin)持久限r

4、 0 r0 与 r 的关系：1. K 有效应力集中系数：2. 尺寸系数：共三十三页3. 表面质量系数(xsh)： 如果(rgu)循环应力为剪应力，将上述公式中的正应力换为剪应力即可。 对称循环下 ，r= -1 。上述各系数均可查表而得。共三十三页例2 阶梯轴如图，材料为铬镍合金钢，b=920MPa，1= 420MPa ，1= 250MPa ，分别(fnbi)求出弯曲和扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数。解：1.弯曲时的有效应力集中(jzhng)系数和尺寸系数由图表查有效应力集中系数由表查尺寸系数f50f40r=5共三十三页2.扭转时的有效应力(yngl)集中系数和尺寸系数由图表查有效应力(yn

5、gl)集中系数应用直线插值法由表查尺寸系数共三十三页145 对称循环(xnhun)下构件的疲劳强度计算一、对称循环(xnhun)的疲劳容许应力:二、对称循环的疲劳强度条件:共三十三页例3 旋转碳钢轴上，作用一不变的力偶 M=0.8kNm，轴表面(biomin)经过精车， b=600MPa，1= 250MPa，规定 n=1.9，试校核轴的强度。解： 确定(qudng)危险点应力及循环 特征为对称循环f70f50r=7.5MM共三十三页 强度(qingd)校核 查图表(tbio)求各影响系数，计算构件持久限。求K：求 ：查图得查图得求 ：表面精车， =0.94安全共三十三页146 非常温静(wn

6、jn)载下材料力学性能简介一、应力速率对材料力学(ci lio l xu)性能的影响低碳钢Ose1静荷载2动荷载应力速率与屈服极限的关系0 20 40 60 80 100320300280260240220200ss (MPa)s (MPa/s)共三十三页二、温度对材料力学(ci lio l xu)性能的影响总趋势:温度升高,E、S 、b下降(xijing)； 、 增大。温度下降,b增大； 、 减小。0 100 200 300 400 500216177137700600500400300200100100908070605040302010Ed温度对低碳钢力学性能的影响共三十三页200017

7、50150012501000 750 500 250 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 d80706050403020100温度对铬锰合金(hjn)力学性能的影响共三十三页- P(kN)-0 5 10 15 302010 0 Dl(mm)-0 5 10 15 302010 0 P(kN) Dl(mm)温度(wnd)降低，塑性降低，强度极限提高纯铁中碳钢 共三十三页温度降低，b增大，为什么结构(jigu)会发生低温脆断？共三十三页构件的工作段不能超过稳定(wndng)阶段！ e tOABCDE不稳定(wndng)阶段稳定阶段加速阶段破坏阶段

8、 e0材料的蠕变曲线共三十三页应力不变温度越高蠕变越快T1T2T3T4s1s2s3s4温度不变应力越高蠕变越快共三十三页三、应力松弛(sn ch)： 在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小。这种现象称为应力松弛。共三十三页温度不变e2e1e3初应力越大，松弛的初速率越大初始弹性应变不变T1T3T2温度越高，松弛的初速率越大共三十三页四、冲击荷载下材料力学性能 冲击韧度转变(zhunbin)温度温度降低(jingd)，b增大，结构反而还发生低温脆断，原因何在？ 温度降低，b增大，但材料的冲击韧性下降，且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低

9、温脆断。共三十三页1.冲击(chngj)试验试件40554055101010102R 0.52R1V型切口(qi ku)试样U型切口试样试件共三十三页2.冲击(chngj)试验试件共三十三页 “U”型口试(kush)件的冲击韧性：“V”型口试(kush)件的冲击韧性： 冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆。共三十三页共三十三页本章(bn zhn)结束共三十三页内容摘要材料力学。144 构件持久限及其计算。145 对称循环下构件的疲劳强度计算。146 非常温静载下材料力学性能简介。14 概 述。3.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。材料在交变应力(yngl)下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。142 交变应力(yngl)的几个名词术语。143 材料持久限及其测定。二、 N 曲线（应力(yngl)寿命曲线）：。1. K 有效应力(yngl)集中系数：。2. 尺