第三章机械零件的强度优秀课件

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二、应力的分类
1、应力种类 静应力 变应力:
稳定循环变应力
不稳定变应力:
一个循环
O
O
t
t
规律性不稳定变应力
随机变应力
2、稳定循环变应力的基本参数和种类
a) 基本参数
最大应力 maxma
最小应力 min ma
平均应力 应力幅 应力循环特性
m
max
min
2
a
max
min
2
r min max
1r1
补充: 静应力时机械零件的强度计算
一、单向应力下的塑性材料零件
强度条件:
ca
ca
[ [ ]
]
s
[ s ]
s
[ s ]

s
s
s ca
s ca
[s] [s]
二、复合应力时的塑性材料零件
按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算
由第三强度理论 (最大剪应力理论)
ca 242[]s/s []
由第四强度理论: (最大变形能理论)
ca 23 2[]s/s []
复合应力计算安全系数为:
sca
s
[s]
2 (s )22
s
wk.baidu.comsca
ss [s] s2 s2
三、脆性材料与低塑性材料
失效形式:断裂
脆性材料极限应力: B(强度极限)
1、单向应力状态
强度条件:
ca
[]
或B
[s]
s
B ca
[s]
ca
[或]
2)疲劳寿命N: 材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。
r不同或 N 不同时, 疲劳极限
同。在疲劳强度计算中,取 =lim
二、疲劳曲线( - N 曲线)
是在应力比r一定时,表示疲劳极限 系的曲线。
则rN不

rN
与 N 循环次数 N 之间关
疲劳曲线和极限应力图
典型的疲劳曲线如右图所示: 可以看出: rN 随 N 的
N N m N
m
r
0

N m NND KN
式 中:
KN
m
N0 N
——寿命系数;
m —材料常数(寿命指数),其 值见教材 P23。 N 0 —循环基数,其值与零件材质有关,见教材 P23。
注:1)计算
K
时,如
N
N

N,0 则取 N=
。N 0
2)工程中常用的是对称循环应力( =-1)下的疲劳极限,
有限寿命区
C
疲劳曲线
无限寿命区
增大而减小。但是当 N 超过
某一循环次数 N0 时,曲线
N
趋于水平。即 不再rN 随 N
的增大而减小。
D
o 103 N
ND
N
N0 -----循环基数。
-N 疲劳曲线
以 N0 为界,曲线分为两个区:
1)无限寿命区:当 N ≥ ND 时,曲线为水平直线,对应的疲劳极
限是一个定值,用 表示。它是表征材料疲劳强度的重
3、疲劳破坏的机理:损伤的累积 4、影响因素:不仅与材料性能有关,变应力的循环特性,
应力循环次数,应力幅都对疲劳极限有很大影响。
两个概念:
§2-2 疲劳曲线和极限应力图
1)材料的疲劳极限 rN: 在应力比为 r 的循环应力作用下,应
力循环 N 次后,材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力
max (m。ax() 变应力的大小可按其最大应力进行比较)
第三章机械零件的强度
第三章 机械零件的强度
一、 复习基本概念
1、载荷(load)
作用在零件
考虑动力参数、上的外力 按理论力学
公称载工荷作(阻n力om的in变al动load) 方法计算出
用而F计n、算M出n的、载Tn荷表示
来的载荷
计算载荷(calculated load)
用Fca、Mca、Tca表示 Fca=KFn
K——载荷系数(工况系数)
2、应力(stress) 工作应材力料(某w个or机ki械ng stress) 计算应力性(能c极al限cu值lated stress) 极限按 求 件按用应材 出 剖一σ力ca料 的 面定(表力作上的u示lt学用的强im公在应度at式零力e str计ess算)应力允许 许用理 单用 强应作论向度σ力用lim求拉极(的表出伸限a应l示l的同σo力Bw,与等ab屈le服st达极res到限s)的σS最,大疲值劳极限σr
用[σ]表示
3、安全系数(safety factor)
安全系数
S 极限 应lim力与许 用应[力]的比值
安全系数计算值
S
ca
极 限 应lim 力与计 算应力ca 的比值
引入安全系数的原因:
① 应力计算时的载荷不精确性;
② 力学模型与实际状况的差异;
③ 材料机械性能的不均匀性;
④ 零件使用场合的重要性。

N
1
b) 稳定循环变应力种类:
r = –1 ——对称循环变应力 -1< r<+1——不对称循环变应力 r = 0 —— 脉动循环变应力 γr=+1 —— 静应力
注意:静应力只能由静载荷产生,而变应力可能由变载荷产生, 也可能由静载荷产生
a
O t
a O
t
3)名义应力和计算应力
名义应力——由名义载荷产生的应力 ( ) 计算应力——由计算载荷产生的应力 ca(ca)
B
[s]
s
B ca
[s]
2、复合应力下工作的零件
按第一强度条件: (最大主应力理论)
ca1 2(242)[] [sB ]
sca
2B 242
[s]
注意:低塑性材料(低温回火的高强度钢) —强度计算应计入应力集中的影响
脆性材料(铸铁) —强度计算不考虑应力集中
一般工作期内应力变化次数<103按静应力强度计算
要指标,是疲劳设计的基本依据。
疲劳曲线和极限应力图
可以认为:当材料受到的应力不超过 时,则可以经受无疲限劳曲线2
次的应力循环而不疲劳破坏。--寿命是无限的。
2)有限寿命区: 非水平段(N<ND)的疲劳极限称为条件疲劳极
限,用 rN 表示 。当材料受到的工作应力超过 时,在疲劳
破坏之前,只能经受有限次的应力循环。--寿命是有限的。
与曲线的两个区相对应,疲劳设计分为:
1)无限寿命设计:N ≥ ND 时的设计。取 = lim 2)有限寿命设计: N < ND 时的设计。取 lim = rN
设计中常用的是疲劳曲线上的 CD 段,其方程为:
m N C(常数) ----称为疲劳曲线方程 N
疲劳曲线和极限应力图
mrNN0 C
疲劳曲线3
§3-1 材料的疲劳特性
一、变应力作用下机械零件的失效特征
1、失效形式:疲劳破坏 2、疲劳破坏特征:
1)断裂过程:①产生初始裂纹 (应力较大处) ②裂纹尖端在切应力作用下,反复扩 展,直至产生疲劳裂纹。
2)断裂面:①光滑区(疲劳发展区) ②粗糙区(脆性断裂区)
3)无明显塑性变形的脆性突然断裂 4)破坏时的应力(疲劳极限)远小于材料的屈服极限
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