文档介绍：机械强度设计计算
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主要内容：
一、疲劳强度计算
二、机械零件的抗断裂强度和接触强度
三、低周疲劳和热疲劳
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一、疲劳强度计算
1、疲劳强度破坏
材料在循环应力作用下，其工作应力的最大值虽然小于材料的强度极限，但在零部件的高局部应力区，材料中较弱的晶粒在变应力下形成微裂纹，裂纹逐渐扩展导致最终的疲劳破坏。
疲劳破坏的过程可分三个阶段：
1）疲劳裂纹的形成
2）疲劳裂纹的扩展
3）瞬时断裂
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2、变应力的类型
载荷或应力随时间变化的图形称为载荷谱或应力谱。它们可以分为以下三类：
1）稳定循环变应力
sm─平均应力； sa─应力幅值
smax─最大应力； smin─最小应力
r ─应力比（循环特性）
a)
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根据不同的循环特征，稳定循环应变力又可分为：
（1）非对称循环变应力 -1<r<+1,但r不等于零
（2）对称循环变应力 r=-1
（3）脉动循环变应力 r=1
2、不稳定循环变应力
右图显示是应力幅按照一定规律
周期变化的不稳定循环变应力；与稳
定循环变应力相比，在很多情况下它
更接近于真实的发生在机械零件中的
变应力。
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3、随机变应力
右图是典型的随机变应力谱。
由于真实的应力状况基本上都是
随机变应力或近似的不稳定循环
变应力，而材料的疲劳特性值都
是在稳定循环变应力的条件下试
验得出的，因此疲劳强度设计计
算所要解决的问题，基本上就是
如何利用试件的对称循环疲劳极
限来判定承受不稳定循环变应力
和随机变应力的机械零件的疲劳
强度和疲劳寿命。
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3、单向稳定变应力时的疲劳强度计算
进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的 σmax 及 σmin确定
平均应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应
力点M或N。
相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力 。
根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。
机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：
应力比为常数：r=C
平均应力为常数σm=C
最小应力为常数σmin=C
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4、双向稳定变应力时的疲劳强度计算
当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa 和ta时，由实验得出的极限应力关系式为：
式中 ta′及sa′为同时作用的切向及法向应力
幅的极限值。
由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线 AM'B 上任何一个点即代表一对
极限应力σa′及τa′。
若作用于零件上的应力幅sa及ta如图中M点表示，则由于此工作应力点在
极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。
计算安全系数：
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5、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算
不稳定变应力
非规律性
规律性
用统计方法进行疲劳强度计算
按损伤累积假说进行疲劳强度计算
规律性不稳定变应力
若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力 σ1 每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的σ1对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循环了n2次的σ2对材料的损伤率即为n2/N2，……。
当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：
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二、机械零件的抗断裂强度和接触强度
1、机械零件的抗断裂强度
在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂，这种现象称为低应力脆断。
通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。
对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力高），另一方面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增高而下降。因此，用传统的强度理论计算高强度材料结构的强度问题，就存在一定的危险性。
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