文档介绍：§3-1 材料的疲劳特性
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
§3-3 机械零件的抗断裂强度
§3-4 机械零件的接触强度
机械零件的强度
§3-5 机械零件可靠性设计简介
材料疲劳的两种类别
机械零件的强度
机械零件的强度可分为静应力强度和变应力强度两个范畴。
应力:物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时,在物体内各部分之间产生相互作用的内力,单位面积上的内力称为应力。应力是矢量,沿截面法向的分量称为正应力,沿切向的分量称为切应力。
材料疲劳的两种类别
机械零件的强度
静应力:应力的大小和方向不随时间而变化或变化缓慢的应力。零件相应的失效形式为塑性变形或断裂。
塑性材料
脆性材料
t
O
σ
实际上绝对静应力不存在,一般对于工作寿命期间应力变化次数小于103的零件,可按静应力强度进行设计。
材料疲劳的两种类别
机械零件的强度
交变应力:应力的大小和方向随时间作周期性变化的应力。零件相应的失效形式为疲劳破坏。
疲劳极限
变应力:应力的大小和方向随时间发生变化的应力。
材料疲劳的两种类别
一、交变应力的描述
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)
描述规律性的交变应力可有5个参数,但其中只有两个参数是独立的。
r = -1 对称循环应力
r=0 脉动循环应力
r=1 静应力
材料的疲劳特性
材料内部某点应力变化
疲劳曲线
材料的疲劳特性
机械零件材料的疲劳破坏大多发生在s-N曲线的CD段,可用下式描述:
D点以后的疲劳曲线呈一水平线,代表着
无限寿命区其方程为:
由于ND很大,所以在作疲劳试验时,常
规定一个循环次数N0(称为循环基数),用N0
及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞,于是有:
有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为:
式中, sr、N0及m的值由材料试验确定。
二、 s-N疲劳曲线
s-N疲劳曲线
详细说明
N0为常数,故srN0 sr
极限应力线图
材料的疲劳特性
三、等寿命疲劳曲线(极限应力线图)
机械零件材料的疲劳特性除用s-N曲线表示外,还可用等寿命曲线来描述(sa-sm曲线)。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。
在工程应用中,常将等寿命曲线用直线来近似替代。
用A'G'C折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。
A'G'直线的方程为:
CG'直线的方程为:
σ为试件受循环弯曲应力时的材料常数,其值由试验及下式决定:
详细介绍
对于碳钢,σ≈~,对于合金钢,σ≈~。
机械零件的疲劳强度计算1
机械零件的疲劳强度计算
一、零件的极限应力线图
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响,使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
以弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ为例,它表示材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1与零件对称循环弯曲疲劳极限σ-1e的比值,即
在不对称循环时,Kσ是试件与零件极限应力幅的比值。
将零件材料的极限应力线图
中的直线A'D'G' 按比例向下移,
成为右图所示的直线ADG,而极
限应力曲线的 CG 部分,由于是
按照静应力的要求来考虑的,故
不须进行修正。这样就得到了零
件的极限应力线图。
详细介绍
机械零件的疲劳强度计算1
机械零件的疲劳强度计算
在对称循环时,Kσ是试件与零件疲劳极限的比值;在不对称循环时,Kσ是试件与零件极限应力幅的比值。
Kσ与零件的有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ、表面质量系数βσ和强化系数βq有关。Kσ对零件的疲劳强度有影响,对零件的静强度没有影响。
弯曲疲劳极限综合影响系数Kσ含义?影响因素有哪些?对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?
机械零件的疲劳强度计算2
二、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。
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
详细分析
强度计算时所用的极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。
计算安全系数及疲劳强度条件为:
机械零件的疲劳强度计算
S-设计规定的安全系数