[工學(xué)]材料力學(xué)-資料下載頁(yè)
2025-01-19 11:26本頁(yè)面
【正文】 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 39 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 隨時(shí)間 t的變化規(guī)律如圖 b所示。 ks 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 40 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 m inm a x sss ???2. 應(yīng)力幅 或 m inm a x ttt ???（有時(shí)稱(chēng) 為應(yīng)力幅， 為應(yīng)力范圍） )(21 m inm a x sss ??a m inm a x sss ???注意：最大應(yīng)力和最小應(yīng)力均帶正負(fù)號(hào)。 (1) 為了表示交變應(yīng)力中應(yīng)力變化的情況，引入幾個(gè)基本參量。 m axm inss?r （拉 ,壓 ,彎曲） 或 m axm intt?r （扭轉(zhuǎn)） 1. 循環(huán)特征（應(yīng)力比） 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 41 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 smax =smin (b) s t O r =0 脈動(dòng)循環(huán)（ smin= 0） （圖 a） 特例： r =1 靜應(yīng)力 （ smax ? smin） （圖 b） (a) 對(duì)稱(chēng)循環(huán)： r = ?1 （例 1）（ smax ??smin） 非對(duì)稱(chēng)循環(huán)： 1??r 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 42 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 Ⅱ . 金屬材料的疲勞破壞 —— 金屬構(gòu)件在長(zhǎng)期交變應(yīng)力作用下所發(fā)生的斷裂破壞。 (1) 交變應(yīng)力中的最大應(yīng)力達(dá)到一定值，但最大應(yīng)力小于靜荷載下材料的強(qiáng)度極限甚至屈服極限，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后突然斷裂 。 (2) 塑性材料在斷裂前也無(wú)明顯的塑性變形 。 (3) 斷口分為光滑區(qū)和粗糙區(qū)。 疲勞破壞 疲勞破壞的主要特征： 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 43 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 (1) 疲勞裂紋的形成 (2) 疲勞裂紋的擴(kuò)展 疲勞破壞的過(guò)程 : (3) 脆性斷裂 構(gòu)件中的最大工作應(yīng)力達(dá)到一定 值時(shí)，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后，在高 應(yīng)力區(qū)形成微觀裂紋 —— 裂紋源 。 由于裂紋的尖端有高度的應(yīng)力集中，在交變應(yīng)力作用下，微觀裂紋逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，并不斷擴(kuò)展。裂紋兩側(cè)的材料時(shí)而張開(kāi) ,時(shí)而壓緊，形成光滑區(qū)。 裂紋源 光滑區(qū) 粗糙區(qū) 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 44 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 Ⅲ . 材料的疲勞極限 試驗(yàn)表明：在同一循環(huán)特征下，交變應(yīng)力中的 smax越大 ,發(fā)生疲勞破壞所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù) N 越小，即疲勞壽命越短。反之smax越小， N 越大，疲勞壽命越長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)無(wú)限次循環(huán)不 發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱(chēng)為材料的 疲勞極限 。用 sr表示， r代表循環(huán)特征。 sr與材料變形形式，循環(huán)特征有關(guān)，用疲勞試驗(yàn)測(cè)定。 (1) 材料的疲勞極限 疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，有效面積逐漸減小，當(dāng)裂紋長(zhǎng)度達(dá)到臨界尺寸時(shí)，由于裂紋尖端處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，裂紋以極快的速度擴(kuò)展從而發(fā)生突然的脆性斷裂，形成粗糙區(qū)。 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 45 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)一臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)定的尺寸和加工質(zhì)量）試樣一組。記錄每根試樣發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力 smax和循環(huán)次數(shù) N。繪出 smax－ N曲線 (2) 彎曲對(duì)稱(chēng)循環(huán)時(shí)， s1的測(cè)定 （疲勞壽命曲線），又稱(chēng)為 S － N曲線（ S 代表正應(yīng)力 s 或切應(yīng) 力 t）。 40cr 鋼的 smax－ N曲線如圖所示。可見(jiàn) smax降至某值后， smax－ N 曲線趨于水平。該應(yīng)力即為 s1 。圖中 s1?590 MPa。 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 46 鋁合金等有色金屬，其 s － N曲線如圖所示，它沒(méi)有明顯的水平部分，規(guī)定疲勞壽命 N0＝5 106－ 107 時(shí)的最大應(yīng)力值為條件疲勞極限，用 表示。 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 彎曲（ s?1） b ? 170 － 220 MPa 拉壓（ s?1） t ? 120 － 160 MPa 1??r0Nrs低碳鋼： sb?400－ 500 MPa (3) 條件疲勞極限 N0=5 10 6 ~10 7 s 0NrsN O 材 料 力 學(xué) Ⅱ 電 子 教 案 47 第六章 動(dòng)荷載 交變應(yīng)力 (4) 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度校核 材料的疲勞極限是由標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)定的。構(gòu)件的外形 ,尺寸 ,表面質(zhì)量均可能與標(biāo)準(zhǔn)試樣不同。一般采用有效應(yīng)力集中系數(shù) Ks,尺寸系數(shù) es和表面加工系數(shù) b（均由圖表可查）。對(duì)材料的疲勞極限進(jìn)行修正得到構(gòu)件的疲勞極限。 即 σrr Kbess σ)( ?構(gòu)件再把構(gòu)件的疲勞極限除以安全因數(shù)得到疲勞許用應(yīng)力。交變應(yīng)力的強(qiáng)度條件為 最大工作應(yīng)力 ≤ 疲勞許用應(yīng)力
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