文档介绍：第二章机械零件的强度
重要基本概念

疲劳破坏:在远低于材料抗拉强度极限的交变应力作用下工程材料发生破坏。
疲劳破坏的特点:1)在循环变应力多次反复作用下发生;2)没有明显的塑性变形;3)所受应力远小于材料的静强度极限;4)对材料组成、零件形状、尺寸、表面状态、使用条件和工作环境敏感。具有突发性、高局部性和对缺陷的敏感性。
,强度计算的区别
静强度破坏是由于工作应力超过了静强度极限,具体说,当工作应力超过材料的屈服极限就发生塑性变形,当超过强度极限就发生断裂。而疲劳破坏时,其工作应力远小于材料的抗拉强度极限,其破坏是由于变应力对材料损伤的累积所致。交变应力每作用一次,都对材料形成一定的损伤,损伤的结果是形成小裂纹。这种损伤随着应力作用次数的增加而线性累积,小裂纹不断扩展,当静强度不够时发生断裂。
静强度计算的极限应力值是定值。而疲劳强度计算的极限应力是变化的,随着循环特性和寿命大小的改变而改变。

影响机械零件疲劳强度的因素主要有三个:应力集中、绝对尺寸和表面状态。
应力集中越大,零件的疲劳强度越低。在进行强度计算时,引入了应力集中系数来考虑其影响。当零件的同一剖面有几个应力集中源时,只取其中(应力集中系数)最大的一个用于疲劳强度计算。另外需要注意:材料的强度极限越高,对应力集中越敏感。
零件的绝对尺寸越大,其疲劳强度越低。因为绝对尺寸越大,所隐含的缺陷就越多。用绝对尺寸系数考虑其影响。
零件的表面状态直接影响疲劳裂纹的产生,对零件的疲劳强度非常重要。表面越粗糙,疲劳强度越低。表面强化处理可以大大提高其疲劳强度。在强度计算中,有表面状态系数来考虑其影响。
需要注意:这三个因素只影响应力幅,不影响平均应力,因此不影响静强度。

材料在承受超过疲劳极限的交变应力时,应力每循环作用一次都对材料产生一定量的损伤,并且各个应力的疲劳损伤是独立进行的,这些损伤可以线性地累积起来,当损伤累积到临界值时,零件发生疲劳破坏。
精选例题与解析
例 2-1某轴受稳定交变应力作用,最大应力=250 MPa,最小应力= -50 MPa,已知轴的材料为合金调质钢,其对称循环疲劳极限=450MPa,脉动循环疲劳极限=700MPa,屈服极限
=800MPa,危险截面的=,=,=,试求:
(1) 绘制材料的简化疲劳极限应力线图,并在图上标出工作应力点的位置。
(2) 材料疲劳极限的平均应力和极限应力副值(按简单加载)。
(3) 若取[S ]=,校核此轴疲劳强度是否安全。
解:
(1) 材料的简化极限应力线图如例2-1图所示
例2-1 图
MPa
MPa
标出工作应力点M(100,150)如图所示。
(2) 求材料的和
在图中延长Om交AE于M1,得材料的极限应力点,M1点坐标值即为所求。
联立: 和
其中:=
解得:=378MPa,=252MPa
(3) 校核强度
S = =>[S ]=
疲劳强度满足要求。
例2-2 图
例2-2 某零件用45Mn2制造,材料的力学性能为:= 900MPa,= 750MPa,= 410 MPa,=,=1,=