机械零件的强度1PPT课件

若工作应力点落在AOE区域——按疲劳强度计算 若工作应力点落在EOC区域——按静强度计算
§2-3 机械零件的疲劳强度计算
一、零件的极限应力线图 由于材料试件是一种特殊
σa
材料 零件
σ-1 /(Ｋσ)D σ0 /2(Ｋσ)D
结构，而实际零件的几何形 状、Hale Waihona Puke Baidu寸大小、加工质量及 强化因素等与材料试件有区
BC段，N=103~104，随着N ↑ → σmax ↓ ,疲劳现象明显。 因N较小，特称为：低周疲劳。
实践证明，机械零件的疲劳
σmax
大多发生在CD段。
σB A B C
可用下式描述：
rm N N C (N C N N D )
σrN σr
潘存云教授研制
D点以后的疲劳曲线呈一水 平线，代表着无限寿命区，
σ-1 σm
45˚ 潘存云教授研制 σm
σS 简化曲线之二
简化等寿命曲线（极限应力线图）：
对称循环： σm=0
σa
脉动循环： σm=σa =σ0 /2
静应力（塑性材料）：
A
BE
σa=0 σm=σs
N’
σ-1 σ0 /2
过C点作与横轴成1350的斜线， 交AB连线的延长线于E点，折 线ABEC即为极限应力线图。
一、变应力作用下零件的失效特征 变应力作用下，零件的损坏形式都是疲劳破坏，如： 疲劳断裂、疲劳点蚀等。
疲劳断裂过程： ▲零件表层产生微小裂纹； ▲随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展；
▲当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂。
疲劳断裂是与应力循环次数(即使 用寿命)有关的断裂。
疲劳断裂具有以下特征：
σa
BOE区域 0r1 EOC区域 r 1
A
BE
σ-1 σ0 /2
当循环应力参数（ σm，σa ）
潘存云教授研制
落在OAEC以内时，表示不 会发生疲劳破坏。
45˚
O σ0 /2
45˚
σm
C
当应力点落在OAEC以外时，
σS
一定会发生疲劳破坏。
而正好落在AEC折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏
的极限值。
σB A B C
rN
rm
N0 N
m
N
r rN
N0
σrN σr N=1/4 103 104 N
D N
N0≈107
式中， r、N0及m的值由材料试验确定。
试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的变 应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，如果 作用的变应力最大应力小于D点的应力（σmax<σr）， 则无论循环多少次，材料都不会破坏。
σb
AB C
极限，通过实验，可得出如图
所示的疲劳曲线。称为：
潘存云教授研制
－N疲劳曲线
N
N=1/4
在原点处，对应的应力循环
103 104
次数为N=1/4，意味着在加载 σ
到最大值时材料被拉断。显 然该值为强度极限σb 。
潘存云教授研制
t
在AB段，应力循环次数<103
σmax变化很小，可以近似看作为 静应力强度。
O
4潘5存˚ 云教σ授研’a制 45˚
σ0 /2
σ’m
σ’a
σm
C
A E直线上任意点代表了一定循
σS
环特性r 时的疲劳极限。
CE直线上任意点N’ 的坐标为（σ’m ，σ’a ）
'maxam s
说明CE直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。
连接OB、OE，极限应力图划分为几个区域：
AOB区域 1r0
第2章 机械零件的强度
§2-1 载荷和应力 §2-2 材料的疲劳特性 §2-3 机械零件的疲劳强度计算 §2-4 机械零件的接触强度
§2-1 载荷和应力
一、载荷的简化和力学模型 考虑到工程问题的复杂性，强度计算时，往往要对
作用在零件上的载荷进行简化——条件性计算。
简化方法：以集中力代替均布力 以支承点代替支承面
二、载荷的分类
静载荷 载荷
变载荷
Fca KF
工作载荷 名义载荷 计算载荷
(
Fn b
)max
K——载荷系数
潘存云教授研制
(
Fn b
)min
三、应力的种类
静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化
平均应力:
m
m
axm
2
in
应力幅:
a
m
axm
2
in
变应力的循环特性:
σ
潘存云教授研制
-1
= r min 0
σσ-1-1e
A A’
BE B’ E’
别，使得零件的疲劳极限要
45˚
45˚
σm
小于材料试件的疲劳极限。
o σ0 /2
C
设材料的对称循环弯曲疲劳
σS
极限为： σ-1
零件的对称循环弯曲疲劳极限为：σ-1e
定义弯曲疲劳极限的综合影响系数(Ｋσ
1e 1 (K )D 0e 0 (K )D
)D
：(K
N=1/4
103 104 N
其方程为：
rN r N （ N D )
D N
N0≈107
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：rm N NrmN0C
CD区间内循环次数N与疲
σmax
劳极限rN的关系为：
max
+1
T
σ
σa
σ 潘存a云教授研制
σmax σmin σm
o
----对称循环变应力 ----脉动循环变应力
----静应力
静应力是变应力的特例
σ
r =+1
r =-1
σmax
σa
σm潘in存云教授研σ制a
to
σ=常数
o
t
σ
r =0
σmax
σa
σ 潘存云教授研制 a
σm
t o σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 脉动循环变应力
CD区间-----有限疲劳寿命阶段 D点之后----无限疲劳寿命阶段 高周疲劳
三、等寿命疲劳曲线
材料的疲劳极限曲线也可用在 应力幅 特定的应力循环次数N下，极限 σa
应力幅之间的关系曲线来表示，
特称为等寿命曲线。
σ-1
实际应用时常有两种简化方法。
σa
σa
σm σS 平均应力
σ-1
潘存云教授研制
σS 简化曲线之一
表面光滑
潘存云教授研制
▲ 疲劳断裂的最大应力远比静应 力下材料的强度极限低，甚至 比屈服极限低;
表面粗糙
▲ 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;
▲ 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。
不管脆性材料或塑性材料，
▲ 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。
二、 －N疲劳曲线
σmax
用参数σmax表征材料的疲劳
)D
1 1e
在不对称循环时， (Ｋσ )D是试件与零件极限应力幅的比值。
四、静应力作用下零件的强度问题
1. 简单静应力下零件的强度计算
脆性材料： ca[]SlimSb 塑性材料： ca[]SlimSs
2. 复杂静应力下零件的强度计算
第一强度理论 第三强度理论 第四强度理论
ca 1
ca 242 ca 232
——脆性材料 ——塑性材料
§2-2 变应力作用下材料的疲劳特性