《材料力學(xué)》交變應(yīng)力和沖擊應(yīng)力.ppt

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第12章交變應(yīng)力和沖擊應(yīng)力,第12章交變應(yīng)力和沖擊應(yīng)力,12.1交變應(yīng)力和疲勞破壞,1交變應(yīng)力的概念,交變應(yīng)力:隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力.,兩個(gè)齒輪的嚙合傳動(dòng),齒根上的應(yīng)力隨時(shí)間作有規(guī)律周期性變化.,(2)傳動(dòng)軸工作時(shí),橫截面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作有規(guī)律周期性變化.,(3)作強(qiáng)迫振動(dòng)的梁,其應(yīng)力隨時(shí)間作有規(guī)律周期性變化.,2疲勞破壞的特點(diǎn)及過程,(1)疲勞破壞的特點(diǎn)低應(yīng)力破壞.破壞有一個(gè)過程.突然的脆性斷裂.,(2)疲勞斷口的特點(diǎn)裂紋源光滑區(qū)粗糙區(qū),3疲勞破壞,材料在多次重復(fù)載荷作用下的破壞稱為所謂疲勞破壞或疲勞失效.,在交變應(yīng)力下,構(gòu)件的疲勞破壞實(shí)質(zhì)上是指裂紋的發(fā)生,發(fā)展和構(gòu)件最后斷裂的全過程.,12.2交變應(yīng)力的循環(huán)特征、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力,一循環(huán)特征,應(yīng)力幅和平均應(yīng)力,1循環(huán)特征,2應(yīng)力幅和平均應(yīng)力,應(yīng)力幅,平均應(yīng)力,二交變應(yīng)力的幾種特殊情況,1對(duì)稱循環(huán),2非對(duì)稱循環(huán),(1)脈動(dòng)循環(huán),(2)靜應(yīng)力,12.3材料的持久極限及其測(cè)定,1材料的持久極限,持久極限:在某一循環(huán)特征下,材料具有經(jīng)歷無限次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的應(yīng)力臨界值.,2材料的持久極限的測(cè)定,純彎曲,對(duì)稱循環(huán)下材料的持久極限的測(cè)定.,光滑小試件條件:,(1)有足夠大的圓角過渡;,(2)中間直徑7-10mm;,(3)磨削加工;,(4)同一爐鋼10根為一組;,有色金屬N0=108,鋼N0=107,12.2影響構(gòu)件持久極限的主要因素,一構(gòu)件外形(應(yīng)力集中)的影響,例如純彎曲對(duì)稱循環(huán):,二構(gòu)件尺寸的影響,構(gòu)件外形的突然變化,如:軸肩,槽,孔,缺口,螺紋等.會(huì)引起應(yīng)力集中,使材料持久極限降低,其影響因素用有效應(yīng)力集中系數(shù)表示.,試驗(yàn)證明:試件尺寸越大,存在的缺陷越多,更容易形成疲勞裂紋.使材料持久極限降低.其影響因素用尺寸系數(shù)表示.,例如純彎曲對(duì)稱循環(huán):,三構(gòu)件表面質(zhì)量的影響,構(gòu)件表面質(zhì)量若與光滑小試件表面質(zhì)量不同,會(huì)影響持久極的數(shù)值.構(gòu)件表面質(zhì)量可能高于或低于光滑小試件表面質(zhì)量.其影響因素用表面質(zhì)量系數(shù)表示.,構(gòu)件表面質(zhì)量低于表面磨光試件,構(gòu)件表面質(zhì)量高于表面磨光試件,四構(gòu)件的持久極限,考慮以上因素的影響,構(gòu)件的持久極限為:,彎曲或拉壓,扭轉(zhuǎn),12.5對(duì)稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算,構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件為:,構(gòu)件的許用應(yīng)力,用安全系數(shù)表示的構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件為:,其中:n--為規(guī)定的安全系數(shù),若構(gòu)件工作安全系數(shù),或,例題:合金鋼階梯軸如圖示,D=50mm,d=40mm,r=5mm.材料的σb=900MPa,σ-1=400MPa,M=450Nm,n=2.試校核該軸的疲勞強(qiáng)度.,解:1計(jì)算最大彎曲應(yīng)力,2確定影響系數(shù),應(yīng)力集中系數(shù),尺寸系數(shù),表面質(zhì)量系數(shù),3校核疲勞強(qiáng)度,12.6沖擊應(yīng)力,3計(jì)算過程計(jì)算動(dòng)能T和勢(shì)能V.計(jì)算變形能Ud.根據(jù)機(jī)械能守恒定律建立方程T+V=Ud求解動(dòng)載荷,動(dòng)應(yīng)力或動(dòng)變形.,一沖擊的概念,1沖擊當(dāng)物體以一定的運(yùn)動(dòng)速度作用于構(gòu)件上時(shí),構(gòu)件在瞬間(10-3105s內(nèi),使物體速度發(fā)生很大變化,從而使物體產(chǎn)生很大的加速度,而構(gòu)件則受到很大的壓力,這種現(xiàn)象稱為沖擊,2用能量法計(jì)算沖擊問題時(shí)的簡(jiǎn)化假設(shè):,被沖擊物(或緩沖系)為無質(zhì)量的線彈性體,把沖擊物視為剛體(無變形).,沖擊過程中沒有能量轉(zhuǎn)換的其他損失,二自由落體沖擊,當(dāng)重量為Q的物體自高度為h處以速度v=0自由下落,沖擊到彈性體(如梁)上,稱為自由落體沖擊.,1計(jì)算動(dòng)能T和勢(shì)能V,2計(jì)算變形能Ud,,,,,,3建立方程,在線彈性范圍,動(dòng)荷系數(shù),動(dòng)位移總是大于靜位移.故去掉負(fù)號(hào).,三其他沖擊形式下的動(dòng)荷系數(shù),1已知?jiǎng)幽艿淖杂陕潴w沖擊,,2已知沖擊速度的自由落體沖擊,,3突加載荷,,,,,4水平?jīng)_擊,勢(shì)能V=0,動(dòng)能,變形能,四沖擊載荷下的強(qiáng)度條件,,,試驗(yàn)結(jié)果表明,材料在沖擊載荷下的強(qiáng)度比在靜載荷下的強(qiáng)度要略高一些,但對(duì)光滑的受沖擊載荷作用的構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí),通常任以靜載荷下的基本許用應(yīng)力來建立強(qiáng)度條件.,沖擊載荷下的強(qiáng)度條件為:,或者,圖示懸臂梁,A端固定,自由端B上方有一重物自由落下,撞擊到梁上.已知:梁材料為木材,彈性模量E=10GPa;梁長(zhǎng)l=2m,截面為矩形,面積120mm200mm;重物高度為400mm,重量Q=1kN.求:(1)梁所受到的沖擊載荷;(2)梁橫截面上的最大沖擊正應(yīng)力與最大沖擊撓度.,解:,1梁的最大靜應(yīng)力和最大靜撓度,,,,2確定動(dòng)荷系數(shù),3計(jì)算沖擊載荷最大沖擊應(yīng)力和最大沖擊撓度,作業(yè)12.812.12,