第3章 影响机械零件疲劳强度的因素.

一般情况下Kt值可由手册上的图表查得。
Kt值与构件的几何形状有关，又称为形状系数。
名义应力即平均应力 P n Wt
二. 有效应力集中系数
无应力集中试样的疲劳极限与和其净截面尺寸及终加工方法相同的有应
力集中试样的疲劳极限之比，叫做有效应力集中系数。 可以表示为:
Kf 光滑试件的疲劳极限 1 ' 1 有缺口试件的疲劳极限 1
K f 1 12345
(3 3)
敏感系数法。世界通用的方法。利用理论应力集中系数Kt和疲劳缺口敏感系 数q来计算疲劳缺口系数。（比较重要的公式）
K f 1 q( K t 1)
(3 4)
式中，K t为理论应力集中系数； q为疲劳缺口敏感系数， 它与材料性能 b、缺口半径r有关；
其他方法。如应力梯度法、L/G法、断裂力学法等。（目前还不成熟）
敏感系数q的确定
敏感系数q是材料对应力集中敏感性的一种程度,q=0~1,由(3-4),得
q
K f 1 Kt 1
(3 5)
q=1，此时Kf=Kt，表示材料对应力集中非常敏感。塑性较差的高强度钢接近于 1； q=0，Kf=1,材料对应力集中没有反应。如，铸铁。（铸铁内含大量的石墨杂 质，相当于很尖锐的裂纹，其影响几乎完全掩盖了应力集中的影响） q值与材料强度极限σb有关，若σb增大，则q增大；若晶粒度与材料性质不均 匀，则q减小；q值还与缺口曲率半径有关，r减小，q增大。 q值的确定方法有多种，工程上有许多计算公式和曲线。 常用的确定q值的方法
3
一. 理论应力集中系数
应力集中使零件的局部应力提高，在缺口或其他应力集中处的局部应
力与名义应力的比值，称为理论应力集中系数。
理论应力集中系数表示在静载荷的作用下，构件局部应力的严重程度。
用Kt来表示。
Kt
t n n为有应力集中截面的名 义应力。
式中， t为应力集中处的最大局 部应力；
式中，A，b为与热处理方式有关的常数； Q为相对应力梯度。
不同热处理方式的A,b值 热处理方式 正火钢 A 0.432 b 0.279
相对应力梯度Q值按表3-2计算
热轧钢
淬火后回火
0.336
0.290
0.345
0.152
机械强度与可靠性——
第3章 疲劳强度影响因素
3.2 尺寸效应
零件或试样的尺寸增大，则疲劳强度降低，这种疲劳强度随尺寸增大而降低 的现象称为尺寸效应。 尺寸系数ε 尺寸系数ε定义为：当应力集中与终加工情况相同时，尺寸为d的大试样或零 件的疲劳极限与标准直径的试样的疲劳极限之比。即：
对于拉伸应力， K f K 对于剪切应力， K f K
有效应力集中系数主要用来表征应力集中对疲劳强度的降低作用 由于有缺口，使局部应力提高的倍数为Kt，使疲劳强度降低的倍数为Kf。
国外，通常把有效应力集中系数称为疲劳缺口系数，并常用Kf统一表示正应力和切 应力下的疲劳缺口系数。
有效应力集中系数(Kf)的其他叫法：疲劳缺口系数、疲劳强度降低系数。
确定有效应力集中系数Kf的方法
疲劳试验法。根据Kf的定义直接进行疲劳试验，得到相关的曲线（只适用于 一定的形状和材料） 影响系数法。根据零件的材料、形状等影响因素，分别计算影响系数，再按 下面的经验公式计算（日本常用该方法）：
尺寸、表面状况、平均应力Hale Waihona Puke Baidu复合应力、加载频率、应力波
形、停歇、腐蚀介质和温度等。
本章主要介绍形状、尺寸、表面状况、平均应力、加载频率、
应力波形与停歇对疲劳强度的影响。
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机械强度与可靠性——
第3章 疲劳强度影响因素
3.1 形状因素
应力集中 结构受力时，其截面突变的地方（如台阶、开孔、榫槽等） 会出现局部应力增大的现象，称为应力集中。 应力集中对静强度的影响
1 q 1 a / r 1 q 1 0 .6 a / r
赵少卞和王忠保公式
赵少卞和王忠保等人用Q235A、16Mn35、45#、40Cr、60Si2Mn等钢材对疲
劳缺口系数进行了系统的实验研究，提出的计算疲劳缺口系数的简单的单参数计 算公式：
K
Kt 0.88 AQb
(3 8)
机械强度与可靠性
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第3章 影响机械零件疲劳强度的因素
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机械强度与可靠性——
第3章 疲劳强度影响因素
概述
材料的疲劳极限和S-N曲线只能代表标准光滑试样的疲劳性
能,实际零件的尺寸、形状和表面状况各式各样，与标准试 件差别很大。
影响机械零件疲劳强度的因素很多，其中最主要的是形状、
对称弯曲 对称扭转
1d 1 1d 1
无缺口光滑大试样 对称弯曲或扭转疲劳极限
标准尺寸试样对称弯曲或扭转疲劳极限
11
标准试样直径d0=6~10mm。 中低强度钢d0取9.5mm； 高强度钢d0取7.5mm或6mm
尺寸效应机制（目前还不完善）
工艺因素
大型零件的铸造质量比小型零件差，大零件缺陷比小零件多； 大截面零件的锻造比或压延比都比小零件小； 大型零件热处理冷却速度比小零件慢，淬透深度小； 大型零件加工时的切削力、切削热与小零件不同； 大型零件的材质比小型零件差。 以上因素，使大型零件的疲劳强度降低。
与材料性质有关。对脆性材料影响较大，对塑性材料影响小。 塑性材料在破坏前有一个宏观的塑性变形过程，使零件上的应 力重新分配，自动趋于均匀化。因此应力集中对塑性材料的静强 度影响小。
应力集中对疲劳强度的影响
疲劳破坏事故和试验表明，疲劳源总是出现在应力集中的地方， 应力集中使结构的疲劳强度降低。 疲劳破坏时截面上的名义应力未达到屈服极限，而局部应力高导 致屈服，使疲劳强度降低，为结构的薄弱环节。 疲劳设计必须考虑应力集中的影响。
诺伯公式（Neuber）（机械工程手册推荐） 彼特逊公式（Peterson）（英国疲劳设计准则推荐） 常见材料的敏感系数q的统计数值（表3-1）（略）
诺伯公式（Neuber）
1 q 1 A / r
式中，r为缺口半径； A为参数，从图3-2查出
q值也可以直接从图3-3查出
彼特逊公式（Peterson）