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材料力学第十四章交变应力 第十四章交变应力§14–1概述§14–2交变应力的几个名词术语§14–3材料持久限及其测定§14–4构件持久限及其计算§14–5对称循环下构件的疲劳强度计算§14–6非常温静载下材料力学性能简介 §14–１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。折铁丝交变应力PP 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。交变应力材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。 三、疲劳破坏的特点: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）交变应力。 §14–2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：交变应力smsminsmaxsaTtso smt四、几种特殊的交变应力：1.对称循环：交变应力sminsmaxsaTso ts2.脉动循环：3.静循环：五、稳定交变应力：循环特征及周期不变。交变应力sminsmaxsatssmsmsminsmaxoo [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：交变应力 §14–3材料持久限及其测定一、材料持久限(疲劳极限)：循环应力中的最大只要不超过某个“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。交变应力sN(循环次数)NAsAsrN0o 三、测量—N曲线交变应力sN(循环次数)NAsAsrN0o §14–4构件持久限及其计算一、构件持久限—r0r0与r的关系：1.K—有效应力集中系数：2.—尺寸系数：交变应力 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。交变应力 [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交变应力f50f40r=5 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交变应力 §14–5对称循环下构件的疲劳强度计算一、对称循环的疲劳许用应力:二、对称循环的疲劳强度条件:交变应力 [例3]旋转碳钢轴上，作用一不变的力偶M=0.8kN·m，轴表面经过精车，b=600MPa，–1=250MPa，规定n=1.9，试校核轴的强度。解：①确定危险点应力及循环特征为对称循环交变应力f70f50r=7.5MM ③强度校核②查图表求各影响系数，计算构件持久限。求K：求：查图得查图得求：表面精车，=0.94安全交变应力 §14–6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交变应力低碳钢Ose1静荷载2动荷载应力速率与屈服极限的关系020406080100320300280260240220200ss(MPa)s(MPa/s)· 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。交变应力0100200300400500216177137700600500400300200100100908070605040302010Ed温度对低碳钢力学性能的影响 交变应力200017501500125010007505002500-200-1000100200300400500600700800d80706050403020100温度对铬锰合金力学性能的影响 交变应力---P(kN)------0510153020100Dl(mm)---0510153020100P(kN)Dl(mm)温度降低，塑性降低，强度极限提高纯铁中碳钢 温度降低，b增大，为什么结构会发生低温脆断？交变应力 构件的工作阶段不能超过稳定阶段！交变应力etOABCDE不稳定阶段稳定阶段加速阶段破坏阶段e0材料的蠕变曲线三、蠕变 交变应力应力不变温度越高蠕变越快T1T2T3T4s1s2s3s4温度不变应力越高蠕变越快 四、应力松弛：在一定的高温下，构件上的总变形量不变时，弹性变形会随时间的增长而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小。这种现象称为应力松弛。交变应力 交变应力温度不变e2e1e3初应力越大，松弛的初速率越大初始弹性应变不变T1T3T2温度越高，松弛的初速率越大 五、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。交变应力 1.冲击试验试件交变应力40554055101010102R0.52R1V型切口试样U型切口试样试件 2.冲击试验交变应力试件 ①“U”型口试件的冲击韧性：②“V”型口试件的冲击韧性：③冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆。交变应力 交变应力 第十四章练习题一、试述交变应力中的最大应力、材料持久极限和构件持久极限之间的区别。二、交变应力的应力─时间曲线如图，求其循环特征、平均应力和应力幅。解:交变应力 本章结束