【正文】 材 料 力 學 Ⅱ 電 子 教 案 39 第六章 動荷載 交變應力 隨時間 t的變化規(guī)律如圖 b所示。 ks 材 料 力 學 Ⅱ 電 子 教 案 40 第六章 動荷載 交變應力 m inm a x sss ???2. 應力幅 或 m inm a x ttt ???（有時稱 為應力幅， 為應力范圍） )(21 m inm a x sss ??a m inm a x sss ???注意：最大應力和最小應力均帶正負號。 (1) 為了表示交變應力中應力變化的情況，引入幾個基本參量。 m axm inss?r （拉 ,壓 ,彎曲） 或 m axm intt?r （扭轉） 1. 循環(huán)特征（應力比） 材 料 力 學 Ⅱ 電 子 教 案 41 第六章 動荷載 交變應力 smax =smin (b) s t O r =0 脈動循環(huán)（ smin= 0） （圖 a） 特例： r =1 靜應力 （ smax ? smin） （圖 b） (a) 對稱循環(huán)： r = ?1 （例 1）（ smax ??smin） 非對稱循環(huán)： 1??r 材 料 力 學 Ⅱ 電 子 教 案 42 第六章 動荷載 交變應力 Ⅱ . 金屬材料的疲勞破壞 —— 金屬構件在長期交變應力作用下所發(fā)生的斷裂破壞。 (1) 交變應力中的最大應力達到一定值，但最大應力小于靜荷載下材料的強度極限甚至屈服極限，經過一定的循環(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 Ⅱ 電 子 教 案 43 第六章 動荷載 交變應力 (1) 疲勞裂紋的形成 (2) 疲勞裂紋的擴展 疲勞破壞的過程 : (3) 脆性斷裂 構件中的最大工作應力達到一定 值時，經過一定的循環(huán)次數(shù)后，在高 應力區(qū)形成微觀裂紋 —— 裂紋源 。 由于裂紋的尖端有高度的應力集中，在交變應力作用下，微觀裂紋逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，并不斷擴展。裂紋兩側的材料時而張開 ,時而壓緊，形成光滑區(qū)。 裂紋源 光滑區(qū) 粗糙區(qū) 材 料 力 學 Ⅱ 電 子 教 案 44 第六章 動荷載 交變應力 Ⅲ . 材料的疲勞極限 試驗表明：在同一循環(huán)特征下，交變應力中的 smax越大 ,發(fā)生疲勞破壞所經歷的循環(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。經過無限次循環(huán)不 發(fā)生疲勞破壞時的最大應力稱為材料的 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，用疲勞試驗測定。 (1) 材料的疲勞極限 疲勞裂紋不斷擴展，有效面積逐漸減小，當裂紋長度達到臨界尺寸時，由于裂紋尖端處于三向拉伸應力狀態(tài)，裂紋以極快的速度擴展從而發(fā)生突然的脆性斷裂，形成粗糙區(qū)。 材 料 力 學 Ⅱ 電 子 教 案 45 第六章 動荷載 交變應力 彎曲疲勞試驗機一臺，標準（規(guī)定的尺寸和加工質量）試樣一組。記錄每根試樣發(fā)生疲勞破壞的最大應力 smax和循環(huán)次數(shù) N。繪出 smax－ N曲線 (2) 彎曲對稱循環(huán)時， s1的測定 （疲勞壽命曲線），又稱為 S － N曲線（ S 代表正應力 s 或切應 力 t）。 40cr 鋼的 smax－ N曲線如圖所示。可見 smax降至某值后， smax－ N 曲線趨于水平。該應力即為 s1 。圖中 s1?590 MPa。 材 料 力 學 Ⅱ 電 子 教 案 46 鋁合金等有色金屬，其 s － N曲線如圖所示，它沒有明顯的水平部分，規(guī)定疲勞壽命 N0＝5 106－ 107 時的最大應力值為條件疲勞極限，用 表示。 第六章 動荷載 交變應力 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 Ⅱ 電 子 教 案 47 第六章 動荷載 交變應力 (4) 構件的疲勞強度校核 材料的疲勞極限是由標準試樣測定的。構件的外形 ,尺寸 ,表面質量均可能與標準試樣不同。一般采用有效應力集中系數(shù) Ks,尺寸系數(shù) es和表面加工系數(shù) b（均由圖表可查）。對材料的疲勞極限進行修正得到構件的疲勞極限。 即 σrr Kbess σ)( ?構件再把構件的疲勞極限除以安全因數(shù)得到疲勞許用應力。交變應力的強度條件為 最大工作應力 ≤ 疲勞許用應力