20080709210541_e71a8824df9fb715c5277cfc1fdbff74

2 max
[S ]
低塑性和脆性材料 S S S [S ] S S
3.6 规律性非稳定变应力时的机械零件疲劳强度
1.疲劳损伤积累假说----在每一次应力作用下零件 的寿命都受到微量的疲劳损伤,当疲劳损伤积累到 一定的时候将产生疲劳断裂
寿命损伤率
n Nn N N1 N 2 F ... i N1 N 2 N n i 1 N i
为什么说零件的疲劳过程、疲劳强度、 疲劳计算是机械设计课程考虑的一个 重要问题？
0
由几何关系化简
m m m a , m a a a
a
m (k ) D a
k N 1
, a
m (k ) D a
k N 1
按应力幅求安全系数
a k N 1 k N 1 Sa [ Sa ] a ( k ) D a m ae a k N 1 k N 1 Sa [ Sa ] a ( k ) D a m ae
7、如何在极限应力图中绘制许用极限应力图？工 作应力增长的方式有哪几种？ 8、许用极限应力图中的塑性安全区及疲劳安全区 如何划分？每个区中的安全系数如何计算？复合应 力作用下安全系数如何计算？ 9、什么是疲劳损伤积累假说？规律性非稳定变应 力作用下零件的安全系数如何计算？
SEMINAR TOPIC
第三章 机械零件的疲劳强度
两种疲劳强度计算准则 1、安全--寿命设计 ----在规定的工作时间内不允许出现疲劳裂纹 2、破损--安全设计 ----允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但需保证在规 定的时间内仍能安全可靠地工作
3.1 疲劳裂纹特征
1.无表面缺陷的零件疲劳破坏分为两个阶段
----疲劳源产生阶段和裂纹扩展直至断裂阶段 ----实际疲劳过程一般从第二阶段开始
3.解析法求安全系数
工作点位于疲劳安全区时
k N 1 k N 0 k N 1 a ( k ) D 2( k ) D ( k ) D k N 0 m 2 k 1 N 1 a m ( k ) D ( k ) D

2 1 0
在有限寿命区内
疲劳曲线方程
m rN N rm N 0 C m rN N rm N 0 C
rN rN
kN
m
N0 r k N r N N0 r k N r N
m
m
N0 N
有关疲劳曲线说明
1、循环基数N0 与材料性质有关，硬度愈高，循环基数愈大。 对于钢，若硬度350HB，取N0=106~107；350HB，取 N0=10×107~25 × 107 一般在计算KN时取N0=107 有色金属N0=25 × 107 2、指数m(随材料和应力状态而定的指数）
S
k N 1
[( k ) D a ] ( 1 ) 2 [( k ) D a ]2 1
2
[S ]
S
S S S S
2 2
[S ]
为防止在复合应力作用下发生塑性变形
S
s
2 2 max 4 max
[S ]
S
s
2 max
3
m rN N rm N 0
N
有限寿命区
无限寿命区
N
lg N 0 lg N m lg rN lg r
O
N
N0

N
3、不同循环特性的疲劳曲线
具有相似的形状，r愈大rN也愈大 疲劳极限应力图 根据实验数据，用m-a坐标表示的塑性材料的疲劳极 限应力分布图（相同的循环次数，不同的循环特性）（塑性材料：近似
工作应力增长的规律
3.5 稳定变应力时安全系数的计算
疲劳强度的计算采用的是安全系数计算,即判断危险截面处的 安全程度,准则为: S[S] 该算法具有验算性质,因为计算是在零件的材料,结构和尺寸均 已确定的条件下进行的
பைடு நூலகம்
单向应力状态时的安全系数
1. r=常数的几何含义 2.图解法求安全系数
max m a S max m a OG GC OC OH HC OC a GC Sa a HC
r
min max
a a m m cons tan t a m a 1 m
1
当工作应力处于塑性安全区时
首先发生塑性破坏
OL LC1 S m a OM MC1 OL LC1 OC1 OM MC1 OC1
S

3.4 许用疲劳极限应力图
稳定变应力和非稳定变应力 1.稳定变应力----循环中平均应力、应力幅和周期都不随时间 变化的变应力 2.非稳定变应力----上述参数之一若随时间变化则称作非稳定 变应力 ----规律性非稳定变应力 ----随机性非稳定变应力
许用疲劳极限应力图
1.所谓许用疲劳极限应力图是在考虑了综合影响系数和寿命系 数之后得出的疲劳极限应力图 2.综合影响系数只对极限应力幅有影响,而寿命系数对应力幅和 平均应力均有影响 3.工作应力点(m,a)必须落在安全区内,但许用极限应力的大小 则取决于工作应力增长的规律
2.等效稳定变应力和寿命系数 m m m m N N N1 N 2 1m N1 2 N 2 3 N 3 ... n N n V NV ... n V
N1 N2
n
Nn
NV
NV i i 1 V
Ni
复习思考题
1、机械零件疲劳强度计算有哪两种？ 2、零件的疲劳断裂过程分为哪几个过程？断裂面有何 特点？何谓疲劳极限？ 3、什么叫疲劳曲线？分为哪几个区？Kn, N0,m,r的几 何意义及如何确定？r对rn如何影响？ 4、什么是极限应力图？如何绘制简化？ 5、影响零件疲劳强度的主要因素有哪些？如何加以修 正？铸铁件为何不考虑应力集中？高强度钢零件为何表 面要求加工质量较高？综合影响系数如何定义？它只影 响什么？ 6、何谓稳定变应力、非稳定变应力？怎样对随机非稳 定变应力进行处理？
抛物线分布；低塑性和脆性材料：近似为一直线；）
3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素
1、应力集中的影响
k 1 q( 1) k 1 q( 1)
2、尺寸的影响----尺寸系数
3、表面状态的影响
4、综合影响系数 k ( k ) D

k
( k ) D
该公式也适用于低塑性材料和脆性材料 当工作点处于塑性安全区时 s S [ S ] a m
S
s a m
[ S ]
复合应力状态时的安全系数
对称循环下，对塑性材料，按第三、第四强度理论计算
[( k ) D a ]2 ( k 1 2 ) [( k ) D a ]2 N 1 1 [S ]
2.疲劳断裂截面----由光滑的疲劳发展区和粗糙 的脆性断裂区组成
3.2 疲劳曲线和疲劳极限应力
疲劳曲线 1.疲劳极限----在循环特性一定的变应力作用下, 经过N次循环作用而不发生疲劳 破坏的最大应力称为疲劳极限 (rN或rN) 2.疲劳曲线----循环次数N与疲劳极限rN或rN之 间的关系曲线
m
rV m
N0 r k N r NV
rV m
N0 r k N r NV
3.规律性非稳定变应力时安全系数的计算步骤 ----取等效应力 ----求等效循环次数 ----求等效循环次数下的寿命系数和疲劳极限 ----按等效应力计算疲劳强度和安全系数 ----按最大非稳定变应力计算塑性材料屈 服强度安全系数