14 第十章动载荷与疲劳强度简述解析

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机械设计第十版考点知识点总结

第一章绪论1.机器是用来代替人们体力和部分脑力劳动的工具。

2.机器的基本组成要素是机械零件。

第二章机械设计总论1.原动机部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。

2.执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。

3.传动部分是用来完成运动形式、运动及动力参数转变的。

4.机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。

5.设计机器的一般程序：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段、计算机在机械设计中的应用。

6.机器的主要要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、寿命可靠性的要求。

7.机械零件的主要失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常工作条件引起的失效。

8.设计机械零件时应满足的基本要求：避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求、可靠性要求。

9.避免在预定寿命期内失效要求：强度、刚度、寿命。

10.机械零件的设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则。

11.平均工作时间MTTF：对不可修复的零件，其失效前的平均工作时间。

12.平均故障间隔时间MTBF：对可修复的零件，其平均故障间隔时间。

第三章机械零件的强度1.机械中各零件之间力的传递，是通过两个零件的接触来实现的，接触分为外接触和内接触，也可分为点接触和线接触。

2.可以吧一切引起失效的外部作用的参数称为应力，把零件本身抵抗失效的能力称为强度。

第四章摩擦、磨损及润滑概述1.当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称为摩擦，产生的阻力称为摩擦力。

2.摩擦分为两类：一类是发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的内摩擦；另一类是当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的外摩擦。

3.仅有相对滑动趋势时的摩擦称为静摩擦。

4.相对滑动进行中的摩擦称为动摩擦。

动载荷的概念及分类

第14章动载荷14.1 动载荷的概念及分类在以前各章中，我们主要研究了杆件在静载荷作用下的强度、刚度和稳定性的计算问题。

所谓静载荷就是指加载过程缓慢，认为载荷从零开始平缓地增加，以致在加载过程中，杆件各点的加速度很小，可以忽略不计，并且载荷加到最终值后不再随时间而改变。

在工程实际中，有些高速旋转的部件或加速提升的构件等，其质点的加速度是明显的。

如涡轮机的长叶片，由于旋转时的惯性力所引起的拉应力可以达到相当大的数值；高速旋转的砂轮，由于离心惯性力的作用而有可能炸裂；又如锻压汽锤的锤杆、紧急制动的转轴等构件，在非常短暂的时间内速度发生急剧的变化等等。

这些部属于动载荷研究的实际工作问题。

实验结果表明，只要应力不超过比例极限，虎克定律仍适用于动载荷下应力、应变的计算，弹性模量也与静载下的数值相同。

动载荷可依其作用方式的不同，分为以下三类：1．构件作加速运动。

这时构件的各个质点将受到与其加速度有关的惯性力作用，故此类问题习惯上又称为惯性力问题。

2．载荷以一定的速度施加于构件上，或者构件的运动突然受阻，这类问题称为冲击问题。

3．构件受到的载荷或由载荷引起的应力的大小或方向，是随着时间而呈周期性变化的，这类问题称为交变应力问题。

实践表明：构件受到前两类动载荷作用时，材料的抗力与静载时的表现并无明显的差异，只是动载荷的作用效果一般都比静载荷大。

因而，只要能够找出这两种作用效果之间的关系，即可将动载荷问题转化为静载荷问问题处理。

而当构件受到第三类动载荷作用时，材料的表现则与静载荷下截然不同，故将在第15章中进行专门研究。

下面，就依次讨论构件受前两类动载荷作用时的强度计算问题。

14.2 构件作加速运动时的应力计算本节只讨论构件内各质点的加速度为常数的情形，即匀加速运动构件的应力计算。

14.2.1 构件作匀加速直线运动设吊车以匀加速度a吊起一根匀质等直杆，如图14-1(a)所示。

杆件长度为l，横截面面积为A，杆件单位体积的重量为，现在来分析杆内的应力。

第10章动载荷与交变载荷

3、交变应力：应力随时间作周期性变化，属疲劳问题。疲劳破坏是指在反复载荷作用下，结构中裂纹形成、扩展乃至断裂的过程。
4、振动问题：求解方法很多。
4
工程力学§10-2 构件作等加速直线运动
时的动应力计算
钢索起吊重物，W、a，求：钢索 d
钢索具有a，不为平衡状态，不能用平
衡方程求内力。
kd
动荷因数
kd
FNd Fst
d st
d st
结论：只要将静载下的应力，变形，乘以动荷系数Kd即得动载下的应力与变形。
6
工程力学§10-3 构件受冲击载荷作用时
的动应力计算
冲击荷载问题的动响应
方法原理：能量法 ( 机械能守恒）
在冲击物与受冲构件的接触区域内，应力状态异常复杂，且冲击持续时间非常短促，接触力随时间的变化难以准确分析，放弃动静法。工程中通常采用能量法来解决冲击问题，即在若干假设的基础上，根据能量守恒定律对受冲击构件的应力与变形进行偏于安全的简化计算。
7
工程力学§10-3 构件受冲击载荷作用件受冲击载荷作用时
的动应力计算
9
工程力学§10-3 构件受冲击载荷作用时
的动应力计算
10
工程力学§10-3 构件受冲击载荷作用时
的动应力计算
在冲击过程中，运动中的物体称为冲击物。阻止冲击物运动的构件,称为被冲击物。
（3）、构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环，其循环次数与应力的大小有关。应力愈大，循环次数愈少。
实验表明在静载荷下服从胡克定律的材料,只要应力不超过比例极限 ,在动载荷下虎克定律仍成立且E静=E动.
动荷因数：
动响应 Kd 静响应

第十章交变应力与构件的疲劳强度

p 1

p 1

K
K
1
1
式中，Kσ、Kτ、εσ、ετ、β等均可从有关设计手册中查得
《构件的疲劳强度》-------编制：李琴
工程上对于构件疲劳强度用安全系数法校核（即使得构件的工作安全系数大于规定的安全系数）。
若用nσ或nτ分别表示对称循环下弯曲和扭转的工作安全系数，用n表示设计中规定的安全系数，则疲劳强度条件分别为
《构件的疲劳强度》-------编制：李琴
图10-1
传动轴弯曲应力变化情况
A点应力：1-2-3-4-1
0 max 0 min 0
在轴转动时，虽然作用在轴上的载荷大小、方向均不变化，但由于轴本身的转动，因而轴内各点的应力是随时间作周期变化的。横截面边缘任意一点A的弯曲正应力随时间变化的曲线如图（c）所示。
工程中常见的交变应力的循环特征（1）对称循环：如受弯的车轴
max min
m 0 a max min
r 1
（2）脉动循环：如齿轮

max
min
a t
max
m
max 2 m 2 a
min 0
r0
a
t
《构件的疲劳强度》-------编制：李琴
《构件的疲劳强度》-------编制：李琴

交变应力与疲劳破坏
交变应力超过一定的限度，在构件上应力集中处，产生微裂纹，再向四周扩展，形成宏观裂纹，而不断扩展。扩展中裂纹表面摩擦，形成光滑区；随着裂纹的扩展，形成弧形。当表面被削弱至不能承受所加载荷而断裂，即为脆断粗糙区。

疲劳破坏产生的过程可概括为：

动载荷

动荷系数 K d
v2 g st
P d K d P st d K d st
d K d st
三、冲击响应计算
例直径0.3m的木桩受自由落锤冲击，落锤重5kN,
求：桩的最大动应力。E=10GPa
解：①求静变形 stP E stLAW EA L 42m 5m ②动荷系数
Wv h=1m
K d11 2h st112 4 12 05 0201 .97
1
一、动载荷：
§10-1 基本概念
载荷不随时间变化（或变化极其平稳缓慢），构件各部
件加速度保持为零（或可忽略不计），此类载荷为静载荷。
载荷随时间急剧变化，构件的速度有显著变化，此类载
荷为动载荷。
二、动响应：
构件在动载荷作用下产生的各种响应（如应力、应变、位
移等），称为动响应。
实验表明：只要应力不超过比例极限 ,在动载荷下胡克定
1、起重机丝绳的有效横截面面积为A , [] =300MPa ,物体单位体积重为 , 以加速度a上升，试校核钢丝绳的强度（不计绳重）。
解：①受力分析如图:
x
aa
L
Nd
mn
qst
x
qG
惯性力q：GgAa
Nd(qstqG)xA(x 1g a)
②动应力
d
Nd A
x(1a)
g
最大动应力
dmax L(1g a)Kdstmax
1.假设： ①冲击物为刚体； ②冲击物不反弹； ③不计冲击过程中的声、光、热等能量损耗（能量守恒）； ④冲击过程为线弹性变形过程。(保守计算)
2.动能 T ，势能 V ，变形能 U，冲击前、后，能量守恒： (冲击 )T 1V 前 1U 1T2V2U2(冲击 ) 后

疲劳强度理论分析

（三）：疲劳寿命计算：名义应力法，局部应力—应变法，断裂力学法。
1. 名义应立法：计算全寿命，主要用于高周疲劳； 2. 局部应力—应变法：计算裂纹形成寿命； 3. 断裂力学法：计算裂纹扩展寿命。
（四）：疲劳试验材料试验，实物结构试验，高周疲劳试验，低周疲劳试验，裂纹扩展寿命试验
（五）：常规疲劳强度设计：
），可
4.P-S-N 曲线不同可靠度下的应力——寿命曲线
（1） S-N曲线中S,N的概率密度函数
大量实验表明：疲劳强度符合正态分布
（同寿命下的应力分布）。疲劳寿命符合对数
正态或威布尔分布（同应力水平下的寿命）
正态分布
——均值，也叫数学期望。
——标准差，数学上叫均方根值。
对数正态分布，将随机变量的对数函数进行分析。威布尔分布（寿命）
随机载荷下疲劳寿命研究实测载荷谱当量成对称循环下的载荷谱ii根据材料的sn曲线实物试验值和实测载荷谱代入计算模型638可计算不同可靠度下的疲劳寿命图612表621表622这里进行了两种构件侧架和摇枕的疲劳寿命计算iii与实际统计数据比较讲实际统计数据进行整理表627采用常规定时截尾试验发最后论证摇枕的实际平均寿命为328年计算值为3537年两值接近说明计算公式可以
疲劳试验在疲劳试验机上进行，有弯曲疲劳试验机和拉—压疲劳试验机等。
2 疲劳分析的有关参数
应力幅
平均应力最大应力最小应力应力范围
应力比
对称循环，脉动循环静应力
3 材料的S—N曲线根据不同应力水平分组进行疲劳试验，
根据实验数据进行拟合，一般采用最小二乘法。曲线为指数曲线，即：对上式两边去对数：
也就是许用应力法：存在问题：
a. 设计的机械零件特别笨重（为了安全，只有加大整个截面尺寸）； b. 尽管笨重，但仍有疲劳裂纹产生。原因： a. 疲劳裂纹发生在构件的危险点的局部区域，通过裂纹不断扩展，

综合篇单元十二动载荷与疲劳破坏

解得
FN
G
G g
a
G 1
a g

40 1
5 9.8

kN

60.4kN
(2)计算钢索的横截面面积A 由强度条件σd=FN/A≤[σ]得钢索的横截面面积为
A
FN

60.4 103 80

755mm2
单元十二动载荷与疲劳破坏课题二加速度引起的动载荷问题
解 (1)计算静挠度Δj和最大静应力σjmax。查型钢表得22a工
字钢的截面轴惯性矩Iz、抗弯截
面系数Wz为
Iz=3400cm4
Wz=309cm3
简支梁的梁中点受集中力作用时的挠度为
j

Gl 3 48EI z

1103 (3103)3 48 200103 3400104
mm 8.28102 mm
解（1）应用截面法计算动内力FN，沿 m—m截面将钢索截开，取下半部分为研
究对象，画出受力图并加上重物的惯性
力，如图b所示。研究对象被假想成平
衡状态，建立平衡方程
Fy 0
FN
G

G g
a

0
单元十二动载荷与疲劳破坏课题二加速度引起的动载荷问题
• 一、构件在等加速直线运动时的动载荷问题
a g
)

j
(1

a) g
式中，σj=G/A是静载荷G在钢索中产生的应力，称为静应力。
单元十二动载荷与疲劳破坏课题二加速度引起的动载荷问题
• 一、构件在等加速直线运动时的动载荷问题
引入系数则
Kd
1

教学课件：第十章动载荷与疲劳强度简述详解

06
结论
主要观点总结
动载荷和疲劳强度是机械工程中的重要概念，对机械部件的寿命和可靠性有显著影响。
疲劳强度是指材料在循环载荷作用下抵抗疲劳失效的能力，通常通过实验测定。
动载荷会导致材料内部产生循环应力，从而引发疲劳裂纹的形成和扩展，最终导致部件的疲劳失效。
提高疲劳强度的方法包括改善材料表面质量、优化结构设计、降低应力集中等。
对未来研究的建议
深入研究不同材料的疲劳性能和失效机制，为新材料的开发和现有材料的优化提供理论支持。
针对复杂载荷条件下的疲劳行为进行深入研究，以更准确地预测机械部件的寿命和可靠性。
探索新型的疲劳强度测试方法和实验技术，提高测试的准确性和可靠性。
加强跨学科合作，将疲劳研究与计算机科学、人工智能等相结合，推动疲劳领域的技术创新和应用拓展。
详细描述
机械零件在循环载荷的作用下，经过一段时间后会发生疲劳断裂。这种失效通常是由于应力集中、材料缺陷或设计不当等因素引起的。为了防止疲劳失效，可以采用优化设计、改善制造工艺和使用高强度材料等方法。
案例二：车辆动载荷分析
总结词
车辆动载荷分析对于车辆设计和安全性至关重要，通过案例分析，了解如何进行车辆动载荷分析。
循环应力
动载荷产生的循环应力是导致材料疲劳的主要原因，循环应力的变化范围和平均值对疲劳强度有
显著影响。
应力集中
动载荷引起的应力集中可能加速疲劳裂纹的形成和扩展，降低材料的疲劳强度。
温度效应
动载荷引起的温度变化可能影响材料的力学性能和疲劳强度，特别是在高温环境下。
疲劳强度对动载荷的限制
材料特性
详细描述
动载荷引起的疲劳损伤是机械系统中常见的失效形式。由于动载荷的持续变化，导致材料内部应力不断变化，从而引发疲劳裂纹的形成和扩展，最终导致断裂失效。此外，动载荷还会影响机械系统的动态响应，使系统产生振动和噪声，影响系统的稳定性和可靠性。

第十、十一章动荷载和循环应力解读

钢索
Mechanic of Materials
a
W
例1
§ 10.1 概述
钢索
解：（1）对重物进行受力分析
Mechanic of Materials
惯性力: FI ma （2）沿竖直方向建立
FT a
W
a
W
“平衡方程”： Y 0 FT W FI 0 a FT ma mg (1 )W g （3）求动应力若钢索截面积为A
3、掌握作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算、构件受冲击荷载时的动应力计算。
重点：冲击荷载时的动应力计算难点：疲劳极限曲线学时安排：2
第二十七讲目录第十章动载荷
§ 10.1 概述 §10.4 杆件受冲击时的应力和变形
Mechanic of Materials
第十一章交变应力
§ 11.1 交变应力与疲劳失效
Mechanic of Materiaห้องสมุดไป่ตู้s
y
qd ds an
Nn F
惯性力:
qd Ag AgD 2 an w g 2g

平衡方程
j
Nn F
x
2 N qd sin
0
D d 0 2
2 N qd D 0 qd D Ag D 2 2 N w 2 4g
§ 10.1 概述
kd
v g st
2
§10.4 杆件受冲击时的应力和变形 Mechanic of Materials
例题图中所示的两根受重物Q冲击的钢梁，其中一根是支承于刚性支座上，另外一根支于弹簧刚度系数k=100N/mm的弹性支座上。已知l = 3m, h=0.05m, Q=1kN, I=3.4×107mm4, E=200GPa,比较两者的冲击应力。

(完整版)机械设计基础课后习题答案.

第三章部分题解参考3-5 图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。

设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。

试分析此方案有无结构组成原理上的错误。

若有，应如何修改？习题3-5图习题3-5解图(a) 习题3-5解图(b) 习题3-5解图(c) 解画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a)，其自由度为：14233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所示。

其自由度为：115243 2345=-⨯-⨯=--=P P n F ②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(c)所示。

其自由度为：123233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 3-6 画出图3-38所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

习题3-6(a)图习题3-6(d)图解(a) 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。

自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b)解(d) 习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)或习题3-6(d)解图(b)的两种形式。

自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b)3-7 计算图3-39所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。

解(a) 10102732345=-⨯-⨯=--=P P n FA 、B 、C 、D 为复合铰链原动件数目应为1说明：该机构为精确直线机构。

当满足BE =BC =CD =DE ，AB =AD ，AF =CF 条件时，E 点轨迹是精确直线，其轨迹垂直于机架连心线AF解(b) 1072532345=-⨯-⨯=--=P P n FB 为复合铰链，移动副E 、F 中有一个是虚约束原动件数目应为1说明：该机构为飞剪机构，即在物体的运动过程中将其剪切。

第10章动载荷与交变载荷解读

动响应：构件在动载荷作用下产生的各种响应（如应力,应变, 位移等）。
实验表明在静载荷下服从胡克定律的材料,只要应力不超过比例极限 ,在动载荷下虎克定律仍成立且E静=E动. 动荷因数： K d
动响应静响应
工程力学
分类
§10-1 概述
1、简单动应力：等加速度运动构件的应力计算，加速度可以确定，采用“动静法”求解。
工程力学
§10-3 构件受冲击载荷作用时的动应力计算
工程力学
§10-3 构件受冲击载荷作用时的动应力计算
工程力学
§10-3 构件受冲击载荷作用时的动应力计算
工程力学
§10-3 构件受冲击载荷作用时的动应力计算
在冲击过程中，运动中的物体称为冲击物。阻止冲击物运动的构件,称为被冲击物。
工程力学
§10-4 构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳极限
（2）r > 0 为同号应力循环; r < 0 为异号应力循环。
（3）构件在静应力下,各点处的应力保持恒定，即 max= min ，
若将静应力视作交变应力的一种特例，则其循环特征
r 1

a 0
m max
max
裂纹形成裂纹扩展断裂
工程力学
四、研究疲劳失效的意义
§10-4 构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳极限
1、在交变应力的作用下，即使 max s ，构件在无明显征兆情况下发生脆断；
2、飞机、车辆、机器发生的事故下，有很大比例是由于零部件的疲劳失效造成的；
工程力学
五、交变应力的基本参量
§10-4 构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳极限
在交变应力下若最大应力与最小应力等值而反号。

4.疲劳与疲劳断裂解析

典型的疲惫断口的宏观形貌构造可分为疲惫核心、疲惫源区、疲惫裂纹的选择进展区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五个区域。一般疲惫断口在宏观上也可粗略地分为疲惫源区、疲惫裂纹扩展区和瞬时断裂区三个区域，更粗略地可将其分为疲惫区和瞬时断裂区两个局部。大多数工程2 构件的疲惫断裂断口上 13
3 疲惫断口形貌及其特征
2
25
5 影响疲惫缘由及措施
4、装配与联接效应装配与联接效应对构件的疲惫寿命有很大的影响。
正确的拧紧力矩可使其疲惫寿命提高5倍以上。简洁消失的问题是，认为越大的拧紧力对提高联接的牢靠性越有利，使用实践和疲惫试验说明，这种看法具有很大的片面性。
5．使用环境环境因素〔低温、高温及腐蚀介质等〕的变化，使材料的疲惫强度显著降低，往往引起零件过早的发生断裂失效。例如镍铬钢〔0.28％C，11.5 ％ Ni，0.73％Cr〕，淬火并回火状态下在海水中的条件下疲惫强度大约只是在大气中的疲惫极限的20％。
2
14
1、疲惫裂纹源区疲惫裂纹源区是疲惫裂纹萌生的策源地，是疲惫破坏的起点，多处于机件的外表，源区的断口形貌多数状况下比较平坦、光亮，且呈半圆形或半椭圆形。
由于裂纹在源区内的扩展速率缓慢，裂纹外表受反复挤压、摩擦次数多，所以其断口较其他两个区更为平坦，比较光亮。在整个断口上与其他两个区相比，疲惫裂纹源区所占的面积最小。
相垂直。
大多数的工程金属构件的疲惫失效都是以此种形式进展的。特殊是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处简洁得到满足，但当外表加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲惫裂纹也易在外表产生。
高强度、低塑性的材料、大截面零件、小应力振幅、低的加载频率及腐蚀、低温条件2均有利于正断疲惫裂纹的萌 6

材料力学动载荷和交变应力第1节惯性力问题

100
3
s 1

60 106 7.85 10
3
m/s
87.4 m/s
由线速度与角速度关系
v

R

2n
60
R

2n
60

(D
d) 2
/
2
则极限转速为
n

120v (D d
)

120 87.4 3.14 (1.8 1.4)
r/min
1044 r/min
图，与飞轮相比，轴的质量可以忽略不计。轴的另一
端 A 装有刹车离合器。飞轮的转速为 n 100r/min ，
转动惯量为 J x 600 kg/m2，轴的直径 d 80mm。刹车
时使轴在 10 秒内按均匀减速停止转动。求轴内的最大
动应力。解：飞轮与轴的角速度
y 制动离合器
0

2n
60

• Kd — 动荷系数：表示构件在动载荷作用下其内力和应力为静载荷作用 Fst 下的内力和应力的倍数。
说明
Fst mg Axg
1） x
Fst
Fd
危险截面在钢丝绳的最上端
d max

Kd st max

Kd
(
mg A
gxmax )
2）校核钢丝绳的强度条件 d max Kd st max [ ]
16
例11-4 钢质飞轮匀角速转动如图所示，轮缘外径
D 1.8 m，内径 d 1.4 m ，材料密度 7.85 103 kg/m3。要求轮缘内的应力不得超过许用应力 [ ] 60 Mpa ，轮

螺栓联接的预紧力与疲劳强度的讨论

螺栓联接的预紧力与疲劳强度的讨论轴向拉力作用下螺栓联接的失效多数为疲劳失效。

统计表明百分之九十以上螺栓失效都与应力集中作用产生的疲劳失效有关。

由于螺栓联接是一个多接触面的弹塑性接触问题，在重复加载作用下的应力应变关系十分复杂，并且影响疲劳强度的参素众多，因此，直接通过对螺纹的应力应变分析来计算螺栓联接的疲劳强度的实用意义不大。

通常的做法是先计算出外力与预紧力作用下螺栓中的平均应力与变化应力，然后对应力集中，尺寸效应等影响疲劳强度的参数进行综合考虑，再应用古德曼法则来计算螺栓联接的疲劳强度。

一般情况下联接件的有效刚度远大于螺栓刚度。

螺栓预紧力的存在，除了使零件之间产生紧密联接，增强联接的刚性之外，还会大幅度降低在拉伸载荷作用下螺杆应力的变化幅度，由此提高了螺栓联接的疲劳强度。

如果预紧力不够大，拉伸载荷有可能超过螺栓联接的预紧力，造成联接件分离，这会使螺栓联接的刚度大幅下降，同时也使应力变化幅度大幅增大而迅速降低螺栓联接的疲劳强度。

增大螺栓联接的预紧力，不但能降低联接件在载荷作用下产生分离的风险，还能提高螺栓联接的防松能力，防止预紧力在重复外力作用下变小。

以下分析从疲劳强度计算的角度来讨论螺栓联接预紧力对螺栓联接疲劳强度安全系数的影响。

1/ 71 螺栓联接疲劳强度安全系数计算螺栓联接的疲劳强度可通过古德曼准则作近似计算。

在周期循环应力作用下，根据古德曼准则，金属零件的持久极限疲劳强度曲线可由下式决定：其中，Sa，Sm为古德曼持久极限疲劳强度线上任一点上对应的交变应力与平均应力，Su为材料的抗拉强度，Se为零件的综合疲劳极限强度。

零件的持久极限疲劳强度安全系数的计算与应力的加载路径有关。

对比例加载，零件持久极限疲劳强度设计的安全系数可用持久极限疲劳强度曲线上的应力幅度Sa与实际应力幅度σa 的比值来定义。

在外力作用为零时，螺栓联接中存在一个预紧力Fi作用。

预紧力在螺杆中产生的平均预应力可通过σi = Fi / At计算，其中Fi 为螺栓联接的预紧力，At为螺杆的有效受力面积。

焊接结构疲劳强度知识

1) 裂纹焊接中的裂纹，如冷、热裂纹，除伴有具有脆性的组织结构外，是严重的应力集中源，它可大幅度降低结构或接头的疲劳强度。早期的研究己表明，在宽60mm、厚12.7mm的低碳钢对接接头试样中，在焊缝中具有长25mm、深5.2mm的裂纹时(它们约占试样横截面积的10%)，在交变载荷条件下，其2×106循环寿命的疲劳强度大约降低了55%~65%。
焊接结构疲劳强度知识
目录
Content
01 焊接结构疲劳失效的原因
02 应力集中对疲劳强度的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ响
01 焊接结构疲劳失效的原因
焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：
① 客观上讲，焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材；而承受交变动载荷时，其承受能力却远低于母材，而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系。这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素；
② 早期的焊接结构设计以静载强度设计为主，没有考虑抗疲劳设计，或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善，以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头；
③ 工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够，所设计的焊接结构往往照搬其它金属结构的疲劳设计准则与结构形式；
④ 焊接结构日益广泛，而在设计和制造过程中人为盲目追求结构的低成本、轻量化，导致焊接结构的设计载荷越来越大；
5) 气孔为体积缺陷，Harrison对前人的有关试验结果进行了分析总结，疲劳强度下降主要是由于气孔减少了截面积尺寸造成，它们之间有一定的线性关系。但是一些研究表明，当采用机加工方法加工试样表面，使气孔处于表面上时，或刚好位于表面下方时，气孔的不利影响加大，它将作为应力集中源起作用，而成为疲劳裂纹的起裂点。这说明气孔的位置比其尺寸对接头疲劳强度影响更大，表面或表层下气孔具有最不利影响。

第十章动载荷

2、破坏时，不论是脆性材料和塑性材料，均无明显的塑性变形，且为突然断裂，通常称疲劳破坏。 3、疲劳破坏的断口，可分为光滑区及晶粒粗糙区。在光滑区可见到微裂纹的起始点（疲劳源），周围为中心逐渐向四周扩展的弧形线。
•疲劳破坏产生的机理：交变应力超过一定的限度，在构件上应力集中处，产生微裂纹，再向四周扩展，形成宏观裂纹，而不断扩展。扩展中裂纹表面摩擦，形成光滑区；随着裂纹的扩展，形成弧形。当表面被削弱至不能承受所加载荷而断裂，即为脆断粗糙区。 •疲劳破坏产生的过程可概括为：裂纹形成裂纹扩展断裂
d kd st
d K d st Pd K d Pst d K d st d K d st
Kd 1 。通常情况下，
d max kd ( st )max [ ]
因此在解决动载荷作用下的内力、应力和位移计算的问题时，均可在动载荷作为静荷作用在物体上所产生的静载荷，静应力，静应变和静位移计算的基础上乘以动荷因数，即
2H 96HEI kd 1 1 1 1 st QL3
L/2
L/2
最大冲击应力为
QL d max k d st max k d 4W QL QL 2 6 HQE AI ( ) 2 4W 4W AL W
Q H A L/2 L/2
如果在B支座下加一弹簧，弹性系数为k，此时梁中点处的静挠度将变为：
B
k
QL3 1 Q/2 st 48EI 2 k QL3 Q 48EI 4k
即 st 增大，动荷系数 kd 下降，使 d max 下降，此即弹簧的缓冲作用。
实例3：等截面圆轴受冲击扭转时的应力
M nd

疲劳强度与静强度的关系_解释说明以及概述

疲劳强度与静强度的关系解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文主要研究疲劳强度与静强度之间的关系。

疲劳强度指材料在周期性应力作用下能承受的最大应力水平，静强度则表示材料在持续稳定外力作用下能承受的最大应力水平。

这两种强度参数在材料性能评估和使用过程中具有重要意义。

笔者将分别对疲劳强度和静强度进行概念解释和特点介绍，并比较分析材料在疲劳载荷和静态载荷作用下的不同响应。

同时，还将探讨疲劳寿命与静态抗压强度之间的关系以及其他影响疲劳寿命的因素。

此外，本文还会介绍一个可行性研究并提供相关实验结果分析。

通过实验设计和方法论介绍，我们将展示实验数据采集与分析结果，并从中得出结论。

最后，在文章结尾部分，我们会总结研究内容及发现，并对未来研究方向进行展望和建议。

1.2 文章结构文章包括五个主要部分：引言、疲劳强度与静强度的概念解释、疲劳与静态应力下材料断裂行为的比较分析、可行性研究及相关实验结果分析以及结论。

每个部分将详细探讨相关内容，以全面阐述疲劳强度与静强度的关系以及其他相关问题。

1.3 目的本文旨在深入探讨疲劳强度和静强度之间的联系，通过比较分析疲劳载荷和静态载荷下材料响应的差异，进一步了解材料在不同载荷作用下的性能表现。

此外，通过可行性研究和实验结果分析，我们也希望为未来的相关研究提供一定的参考，并为工程实践提供一些有益建议。

2. 疲劳强度与静强度的概念解释：2.1 疲劳强度的定义和特点：疲劳强度是指材料在连续或重复加载下，经历一定次数的循环应力后发生破坏的能力。

它表示了材料在长时间内遭受动态或交变加载时的耐久性。

疲劳强度是通过施加循环载荷来测量材料的抗疲劳性能。

与静态强度不同，疲劳强度考虑了时间因素和动态载荷对材料损伤造成的影响。

疲劳强度具有以下几个特点：- 疲劳寿命：材料在一定幅值和频率条件下可承受多少程度的循环载荷而不发生失效。

- 循环应力幅值：材料在疲劳过程中受到最大应力和最小应力之间变化幅度。