[工学]第三章机械零件强度.ppt

2004-2005第一学期 编制：吕亚清 第一篇 总 论 3.1　概述 3.2　材料的疲劳特性 3.3　机械零件的疲劳强度计算 3.4　机械零件的抗断裂强度 3.5 机械零件的接触强度 3.6 机械零件可靠性设计简介 §2-1 概 述 曲轴整体断裂实况 断口放大 断口对 曲轴疲劳断裂断口特征 内部缺陷引起疲劳断轴：初始裂纹起源于轴内部，裂纹由内至外扩展 §2-2 疲劳曲线和极限应力图 极限应力图3 §2-3影响疲劳强度的因素 一、影响零件疲劳强度的因素（Influence factors of fatigue strength） 影响疲劳强度的主要因素2 影响疲劳强度的主要因素3 应力集中 尺寸效应 二、零件的极限应力线图—ADGC §2-4 受恒幅循环应力时 受恒幅循环应力时2 受恒幅循环应力时3 受恒幅循环应力时4 受恒幅循环应力时5 受恒幅循环应力时6 §2-5受变幅循环应力时 规律性非稳定应力下零件疲劳强度计算  ( Strength calculation of machine parts under unstable variable stress ) 受变幅循环应力时2 受变幅循环应力时3 受变幅循环应力时 2、受复合应力下的安全系数 (1) 塑性材料受弯扭复合应力时的安全系数 式中： 、 －－为单向稳定变应力下的安全系数。 (2) 低塑性和脆性材料受弯扭复合应力时的安全系数 受稳定变应力时零件的疲劳强度 四、 受非稳定变应力时零件的疲劳强度 本节只介绍规律性非稳定变应力下的疲劳强度计算方法。 一、Miner 法则－－疲劳损伤线性累积假说 由最大应力分别为 、 、 的三个恒 幅循环应力构成的规律 性变幅循环应力，如右 图所示。 累积循环次数 疲劳寿命 －－寿命损伤率 显然，在 的单独 作用下， 当 ， 寿命损伤率＝1 时，就会发生疲劳破坏。 问题： 如何利用稳定变应力的分析方法，计算规律性、非稳 定变应力下零件的疲劳强度？ 注:(1)小于σ-1 应力的影响不计 (2) 非对称循环变应力折算成当量对称循环变应力处理 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： 实验表明： 1）当应力作用顺序是先大 后小时，等号右边值 1； 2）当应力作用顺序是先小 后大时，等号右边值 1； 一般情况有： 极限情况： 若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有： 令不稳定变应力的计算应力为： 则： σca σ-1 ，其强度条件为： 二、疲劳强度设计 损伤等效 根据Miner法则，将规律性变幅循环应力 等效恒幅循环应力 （简称等效应力） －－等效应力的大小 －－等效循环次数 规律性非稳定应力下零件疲劳强度计算 损伤等效即为： 的寿命损伤率＝各应力的寿命损伤率之和。 即： 由疲劳曲线方程可知： 代入上式得： 等效计算有两种方法 等效循环次数法 等效应力法 （只介绍这种方法） （可看作是等效方程） 规律性非稳定应力下零件疲劳强度计算 等效循环次数法 则可进一步计算零件的安全系数。 规律性非稳定应力下零件疲劳强度计算 安全系数 计算 * 机械设计 Design of Machinery 　　　机电工程学院 　　　机械设计研究室 第三章 机械零件的强度 §3.1　概述 一、疲劳破坏(Fatigue failure) 疲劳破坏： 变应力、多次作用下，材料发生破坏 疲劳破坏 特 征： ①小应力: ②持续性: ③敏感性: ④突发性: 变应力最大值低于材料静强度限 变应力多次作用 对材料、几何形状敏感 突然断裂 曲轴断裂 疲劳破坏 过 程： ①裂纹萌生 ②裂纹扩展 ③最终瞬断 实例 45号钢260，107，强度极限600 疲劳断口 断口对 断口放大 裂纹源区 疲劳扩展区 最终瞬断区 裂纹源区 扩展区 瞬断区 裂纹扩展方向 返回 概述2 概 述 疲劳破坏是一个损伤累积的过程，需要时间。寿命可计算。 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。 脆性断裂区 疲劳区 疲劳源 疲劳纹 规律性非稳定变应力 非规律性不稳定变应力 变应力分为： 稳定变应力 非稳定变应力 对称循环应力 脉动循环应力 非对称循环应力 规律性非稳定变应力 非规律性不稳定变应力 二、循环应力的类型 循环应力可用smax 、 smin 、 sm 、 sa 、 这五个参数中的任意两个参数表示。 §3-2 材料的疲劳特性 两个概念：