工程力学（静力学与材料力学）教学课件作者顾晓勤第14章动载荷和疲劳第4节交变应力与疲劳课件.ppt

第 4 节 交变应力与疲劳失效 第十四章 动载荷和疲劳 交变应力：在工程实际中，有许多构件在工作时受到随时间而交替变化的应力，这种应力称为交变应力或循环应力。 一、交变应力 d ) 一个应力循环 e ) 应力分析实例——车轴 一个应力循环 设车轴以等角速度? 转动，则 两车轮 A、B 之间的车轴处于纯弯曲状态，其横截面上任一点 k 处的弯曲正应力为 应力分析实例——齿轮 在齿轮传动过程中，轴每旋转一周，每个齿便啮合一次，每一次啮合 A 点的弯曲正应力就由零变化到某一最大值，然后再回到零。齿轮不断地转动，A 点的应力也就不断地做周期性变化。 疲劳破坏：金属在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。 长期在交变应力下工作的构件，虽然其最大工作应力远小于其静载荷下的强度极限应力，也会出现突然的断裂事故。 1、疲劳破坏的三个特点 金属疲劳破坏时，其断口如图所示，即明显地呈现两个不同的区域：光滑区和粗糙区。 即使是塑性很好的材料，也常 常在没有明显的塑性变形情况下发生脆性断裂。 金属内部存在着缺陷，当交变应力的大小超过了一定限度，疲劳裂纹首先发生在高应力区域的缺陷处（通常称为疲劳源）。 随着裂纹的扩展，截面被削弱较多，直到截面的残存部分的抗力不足时，就突然断裂，突然断裂处呈现粗糙颗粒状——这种突然断裂属于脆性断裂。 2、疲劳破坏的过程：可以分为三个阶段 随着交变应力的继续，裂纹从疲劳源向纵深扩展。扩展过程中，随着应力的交替变化，裂纹两边的材料时分时合互相研磨，因而形成断面的光滑区域。 循环特征或应力比 平均应力 二、交变应力的变化规律和种类 应力幅度 一个应力循环 1、对称循环应力 交变应力的类型 2、脉动循环应力 交变应力的类型 3、不变应力 交变应力的类型 第 4 节 交变应力与疲劳失效 第十四章 动载荷和疲劳