1、,材料力学,第十四章 疲劳强度,第十四章 疲劳强度,141 概述142 交变应力的几个名词术语143 材料持久限及其测定,144 构件持久限及其计算145 对称循环下构件的疲劳强度计算146 非常温静载下材料力学性能简介,14 概 述,一、交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，这 种应力称为交变应力。,折铁丝,疲劳强度,二、疲劳破坏的发展过程:,1.亚结构和显微结构发生变化，从而永久损伤形核。,2.产生微观裂纹。,3.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。,4.宏观主导裂纹稳定扩展。,5.结构失稳或完全断裂。,材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。,疲劳强度,三、疲劳破坏的特点
2、:,2.断裂发生要经过一定的循环次数,3.破坏均呈脆断,4.“断口”分区明显。 （光滑区和粗糙区）,疲劳强度,142 交变应力的几个名词术语,一、循环特征：,三、应力幅：,二、平均应力：,t,s,疲劳强度,四、几种特殊的交变应力：,1.对称循环：,s,疲劳强度,2.脉动循环：,3.静循环：,五、稳定交变应力：循环特征及周期不变。,t,s,疲劳强度,例1 发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Pmax =58.3kN，最小拉力Pmin =55.8kN ，螺纹内径为 d=11.5mm，试求 a 、m 和 r。,解：,疲劳强度,143 材料持久限及其测定,一、材料持久限(疲劳极限)： 循环应力只要不超过某
3、个“最大限度”,构件就可以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称为“疲劳极限”，用r 表示。,二、 N 曲线（应力寿命曲线）：,N0循环基数。,r材料持久限。,A名义持久限。,疲劳强度,144 构件持久限及其计算,一、构件持久限r 0,r0 与 r 的关系：,1. K 有效应力集中系数：,2. 尺寸系数：,疲劳强度,3. 表面质量系数：,如果循环应力为剪应力，将上述公式中的正应力换为剪应力即可。,对称循环下 ，r= -1 。上述各系数均可查表而得。,疲劳强度,例2 阶梯轴如图，材料为铬镍合金钢，b=920MPa，1= 420MPa ，1= 250MPa ，分别求出弯曲和扭转时的有效应力集
4、中系数和尺寸系数。,解：1.弯曲时的有效应力集中系数和尺寸系数,由图表查有效应力集中系数,由表查尺寸系数,疲劳强度,2.扭转时的有效应力集中系数和尺寸系数,由图表查有效应力集中系数,应用直线插值法,由表查尺寸系数,疲劳强度,145 对称循环下构件的疲劳强度计算,一、对称循环的疲劳容许应力:,二、对称循环的疲劳强度条件:,疲劳强度,例3 旋转碳钢轴上，作用一不变的力偶 M=0.8kNm，轴表面经过精车， b=600MPa，1= 250MPa，规定 n=1.9，试校核轴的强度。,解： 确定危险点应力及循环 特征,为对称循环,M,M,疲劳强度, 强度校核, 查图表求各影响系数，计算构件持久限。,求K
5、：,求 ：查图得,查图得,求 ：表面精车， =0.94,安全,疲劳强度,146 非常温静载下材料力学性能简介,一、应力速率对材料力学性能的影响,疲劳强度,二、温度对材料力学性能的影响,总趋势:,温度升高,E、S 、b下降； 、 增大。,温度下降,b增大； 、 减小。,温度对低碳钢力学性能的影响,疲劳强度,温度对铬锰合金力学性能的影响,疲劳强度,温度降低，塑性降低，强度极限提高,纯铁,中碳钢,疲劳强度,温度降低，b增大，为什么结构会发生低温脆断？,疲劳强度,构件的工作段不能超过稳定阶段！,e,t,O,A,B,C,D,E,不稳定阶段,稳定阶段,加速阶段,破坏阶段,e0,材料的蠕变曲线,疲劳强度,疲劳强度,三、应力松弛： 在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小。这种现象称为应力松弛。,疲劳强度,疲劳强度,四、冲击荷载下材料力学性能 冲击韧度转变温度,温度降低，b增大，结构反而还发生低温脆断，原因何在？,温度降低，b增大，但材料的冲击韧性下降，且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低温脆断。,疲劳强度,1.冲击试验试件,R 0.5,R1,V型切口试样,U型切口试样,疲劳强度,2.冲击试验,疲劳强度, “U”型口试件的冲击韧性：,“V”型口试件的冲击韧性：, 冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆。,疲劳强度,疲劳强度,本章结束,
