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
第三章机械零件的强度
材料疲劳的两种类别
材料的疲劳特性
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
疲劳曲线
材料的疲劳特性
机械零件的疲劳大多发生在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
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。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:
yσ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:
对于碳钢,yσ≈~,对于合金钢,yσ≈~。
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。
机械零件的疲劳强度计算2
机械零件的疲劳强度计算
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
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。
计算安全系数及疲劳强度条件为:
详细说明
规律性不稳定变应力
机械零件的疲劳强度计算3
机械零件的疲劳强度计算
三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算
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:
用统计方法进行疲劳强度计算
不稳定变应力
非规律性
规律性
按损伤累积假说进行疲劳强度计算
机械零件的疲劳强度计算4
机械零件的疲劳强度计算
四、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。
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。
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′。
计算安全系数:
机械零件的疲劳强度计算5
机械零件的疲劳强度计算
五、提高机械零件疲劳强度的措施
在综合考虑零件的性能要求和经
济性后,采用具有高疲劳强度的材料,并配以适当的热处理和各种表面强化处理。
适当提高零件的表面质量,特别是提高有应力集中部位的表面加工
质量,必要时表面作适当的防护处理。
尽可能降低零件上的应力集中的影响,是提高零件疲劳强度的首要
措施。
尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸,对于延
长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能