【正文】 例如對構(gòu)件中最大應(yīng)力所在的表面進(jìn)行熱處理或化學(xué)處理（高頻淬火、氮化、滲碳和氰化等），或?qū)Ρ砻鎸佑脻L壓、噴丸等冷加工方法，都可以提高構(gòu)件的持久極限。 3－ 7 交變應(yīng)力與疲勞失效 三、 材料持久極限及影響因素 疲勞曲線 ：取數(shù)根標(biāo)準(zhǔn)鋼料試件分別加放不同大小的對稱循環(huán)載荷，在疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗，記錄下最大應(yīng)力和斷裂時的循環(huán)次數(shù) N，得到的疲勞曲線如圖所示。 167。 若將靜應(yīng)力視作交變應(yīng)力的一種特例 ,則其循環(huán)特征 1??ra 0? ?ma xm ?? ??tom a xm in ?? ?167。 3－ 7 交變應(yīng)力與疲勞失效 最大應(yīng)力和最小應(yīng)力的差值的二分之一 ,稱為交變應(yīng)力的 應(yīng)力幅，用 σ a 表示 交變應(yīng)力的分類 對稱循環(huán) 在交變應(yīng)力下若最大應(yīng)力與最小應(yīng)力等值而反號 . O ?max ?min ? t ?min= ?max或 ?min= ?max 1ma xmi n ?????rr= 1 時的交變應(yīng)力 ,稱為對稱循環(huán)交變應(yīng)力 。 如一簡支梁在梁中間部分固接一電動機(jī) ,由于電動機(jī)的重力作用產(chǎn)生靜彎曲變形 ,當(dāng)電動機(jī)工作時 ,由于轉(zhuǎn)子的偏心而引起離心慣性力。 x ][][)()(??FxxMxW ??][6)(?bFxxh ?如圖所示的懸臂梁 167。因此這三種截面的合理順序是：①工字形與槽形截面 ②矩形截面， ③圓形截面。 ? ?m a xm a x ()4ZzM F G lWW???? ? ?364 [ ] 4 1 4 0 1 4 3 0 1 0 1 0( 1 5 ) k N 6 1 . 3 k N1 0 . 5zWFGl? ?? ? ? ?? ? ? ? ?故梁能承受的最大載荷為 F=。 167。 結(jié)論： ③ 梁橫截面上只有正應(yīng)力，沒有切應(yīng)力。 3－ 6 直梁的彎曲及組合變形 BFBF純彎曲梁的變形： 二、純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力 取具有縱向?qū)ΨQ面的等直梁（如矩形截面梁），在其表面畫上縱線和及橫線，在梁兩端縱向?qū)ΨQ面內(nèi)施加一對大小相等、方向相反的力偶，對梁作純彎曲變形試驗。若二軸截面尺寸不同，其扭矩圖相同否 ? 若二軸材料不同、截面尺寸相同，各段應(yīng)力是否相同？ 167。 縱向線 ——傾斜了同一個角度，小方格變成了平行四邊形。 34 連接件的剪切與擠壓 S b s 4FFF??3S22S1 1 0 1 0 M Pa 1 3 6 .8 M Pa [ ]3 .1 4 1 6F FAd????? ? ? ? ??3bsb s b sbs1 1 0 1 0 M Pa 1 7 1 . 9 M Pa [ ]4 4 1 0 1 6F FA td???? ? ? ? ???(3)鋼板的 22和 33面為危險面 綜上，接頭安全。 167。 34 連接件的剪切與擠壓 （ 2）求內(nèi)力。 167。 解（ 1）求剪力和擠壓力 螺栓的破壞可能沿 mm截面被剪斷及與鋼板孔壁間的擠壓變形 ,由截面法可求得 S bs 28kNF F F? ? ?（ 2）按剪切強(qiáng)度條件設(shè)計螺栓直徑 d ? ?2S4FdA ???? ? ?3S4 4 2 8 1 0 1 9 m m100Fd? ? ???? ? ??167。 34 連接件的剪切與擠壓 橫截面 mn、 pq 上 有作用力 FS —— 象剪刀一樣，試圖把螺栓從該 截面 處剪開 稱為剪力 (Shear force)，引起切應(yīng)力（ Shear stress) 桿段 ①、②、③ 受到被聯(lián)接構(gòu)件的擠壓（ Bearing) 引起擠壓應(yīng)力（ Bearing stress) 。擠壓應(yīng)力： bsbsbsFA? ?Abc是擠壓面在垂直于擠壓力之平面上的投影面積 ,名義擠壓應(yīng)力如圖所示 。切應(yīng)力在剪切面上的實際分布規(guī)律比較復(fù)雜，工程上通常采用 實用計算法 :假設(shè)剪力在剪切面上是均勻分布的 。 34 連接件的剪切與擠壓 剪切面： 發(fā)生相對錯動的截面。 34 連接件的剪切與擠壓 167。= = 34 1 0 M Pa 8 0 M Pa50CDs180。試求：為使桿 BD 重量最輕 , q 的最佳值。229。 33 拉伸與壓縮時的強(qiáng)度計算 20 , sin 3 0 0yNF F G= ? =229。由平衡方程 解 （ 1）計算 AB桿的軸力 0 , sin 45 2 0C N A BM F a F a= 鬃 ?229。229。239。若強(qiáng)度不足，需要修改設(shè)計。 u s 0 . 2()? ? ?? 或u b b c()? ? ?? 或塑性材料的失效形式是屈服，其極限應(yīng)力為 脆性材料的失效形式是斷裂，其極限應(yīng)力為 167。 32 拉伸和壓縮時材料的力學(xué)性質(zhì) 說明： 一、材料失效與構(gòu)件失效 對于脆性材料，其失效形式為斷裂；對于塑性材料，因為工程中一般不允許出現(xiàn)明顯的塑性變形，因此塑性材料的失效形式為屈服。 （ 觀看動畫 ） 167。鑄鐵拉伸時 無 屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，斷裂是突然發(fā)生的。分別為 材料的兩個塑性指標(biāo) 一般把 ? 5% 的材料稱為 塑性材料 ，把 ? 5%的材料稱為 脆性材料 。 32 拉伸和壓縮時材料的力學(xué)性質(zhì) 強(qiáng)化階段： 過了屈服階段，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使試件繼續(xù)變形必須再增加載荷，這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化，故 ? ? 曲線圖中的 ce 段稱為強(qiáng)化階段，最高點 e 點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的拉伸 強(qiáng)度極限 或 抗拉強(qiáng)度 ，以“ ?b”表示。 32 拉伸和壓縮時材料的力學(xué)性質(zhì) 167。 oa 段稱為 比例 階段或 線彈性 階段。 低碳鋼： 指含碳量 % 以下的碳素鋼。 F ? FN 40 m md ? 60 kNF ?例 31 如圖所示圓截面桿，直徑 ,拉力 試求桿橫截面上的最大正應(yīng)力。 結(jié)論：各纖維的伸長相同，所以它們所受的力也相同。 以抗拉強(qiáng)度來作為構(gòu)件所能承受的最大拉應(yīng)力，簡稱強(qiáng)度極限。塑性材料以屈服階段的極限應(yīng)力作為計算的依據(jù)。 變形前原為平面的橫截面，在變形后仍保持為平面，且仍垂直 于軸線。 解 （ 1）作軸力圖 60 k NNFF??（ 2）計算桿的最大正應(yīng)力 由于桿的軸力為常數(shù)，但中間一段因開槽而使截面面積減小，故桿的危險截面應(yīng)在開槽段，即最大正應(yīng)力發(fā)生在該段，將槽對桿的橫截面面積削弱量近似看作矩形，開槽段的橫截面面積為 2222224440 40m m m m44856 m mddAd??? ? ?????桿的最大正應(yīng)力為 : 3m a x 26 0 1 0 N 7 0 .1 M Pa8 5 6 m mNFA??? ? ?167。 167。在此階段內(nèi)，材料 服從胡克定律 ，即 ? =E? 適用， a點所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為材料的 比例極限 ，并以“ ?p ”表示。 32 拉伸和壓縮時材料的力學(xué)性質(zhì) 在屈服階段，如果試樣表面光滑，試樣表面將出現(xiàn)與軸線約成 45176。它是材料所能承受的最大應(yīng)力，所以 ?b是衡量材料強(qiáng)度的另一個重要指標(biāo)。 低碳鋼 的延伸率 ? =20％～ 30%，是 典型 的塑性材料 。 拉伸強(qiáng)度極限（抗拉強(qiáng)度） ?b是衡量鑄鐵強(qiáng)度的唯一指標(biāo)。 32 拉伸和壓縮時材料的力學(xué)性質(zhì) ? 應(yīng)力集中系數(shù) Ｋ 值取決于截面的幾何形狀與尺寸，截面尺寸 改變越急劇 ， 應(yīng)力集中 的程度就 越嚴(yán)重 。 材料發(fā)生屈服或斷裂而喪失正常功能，稱為 材料失效 。 33 直桿軸向拉伸和壓縮時的強(qiáng)度計算 為了保證構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度，構(gòu)件在外力作用下的最大工作應(yīng)力必須小于材料的極限應(yīng)力。 2) 截面設(shè)計 : 選定材料，已知構(gòu)件所承受的載荷時，由 設(shè)計滿足強(qiáng)度要求的構(gòu)件的截面面積和尺寸。= ? = 239。229。2 2 50 .9 k NN A BFF==（ 2）設(shè)計 AB桿的直徑 2 []/4N A B N A BFFAdssp= = ?34 4 5 0 . 9 1 0 m m 2 0 . 1 m m[ ] 1 6 0N A BFd p s p創(chuàng)?= 180。 2 4 0 k Ns in 3 0NGF ==（ 2）設(shè)計截面 [ ]322 4 0 1 0 N 4 0 0 m m1 0 0 M PaNFAs180。 18 , 32NNF F F F== 45 30FABC①② （ 2）計算許可軸力 為保證結(jié)構(gòu)安全工作，桿①、桿②均應(yīng)滿足強(qiáng)度條件 [ ]NFAss=?167。 167。==90 MP a [ ]ABss= 鋼60 MP a [ ]BCss= 鋼80 MP a [ ]CDss= 銅強(qiáng)度足夠； 強(qiáng)度足夠； 強(qiáng)度不夠。 34 連接件的剪切與擠壓 軸 鍵 M 齒輪 點擊動畫 點擊動畫 連接件 聯(lián)軸節(jié) 167。剪切面平行于外力的方向，位于兩個反向的外力之間。 SFA? ?式中， FS為剪切面上的剪力，A為剪切面的面積。 擠壓強(qiáng)度條件 為 : ? ?bsb s b sbsFA????[?bs]—材料的許用擠壓應(yīng)力。 螺栓可能的失效形式：（ 1）在截面 mn、 pq處被剪斷 ； （ 2）受擠壓部分的半圓被“擠扁” （近似半橢圓） ?螺栓的受力分析： 167。 34 連接件的剪切與擠壓 （