第5篇材料力学课件.ppt

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1、第五篇 材料力学,第20章 材料力学的基本概念,第21章 轴向拉伸与压缩,第22章 剪切与挤压,第23章 扭转变形,第24章 弯曲变形,第25章 薄壁容器的强度,第26章 应力集中,第27章 疲劳破坏,第一节 弹性与弹性变形、塑性与塑性变形,第二节 衡量构件的承载能力的标准,第三节 载荷及其分类,第五节 杆件变形的基本形式,第四节 内力和应力,第20章 材料力学的基本概念,第一节 弹性与弹性变形、塑性与塑性变形,当载荷超过某一定范围时，在去除载荷后，变形只能部分恢复而残留下一部分变形不能消失，材料的这种性质称为塑性，不能复原而残留下来的变形称为塑性变形。,一、弹性与弹性变形,当载荷不超过某一定

2、范围时，多数材料在去除载荷后能恢复原有的形状和尺寸，材料的这种性质称为弹性，去除载荷后能够消失的变形称为弹性变形。,二、塑性与塑性变形:,第二节 衡量构件的承载能力的标准,强度：构件在载荷作用下抵抗破坏的能力刚度：构件在载荷作用下抵抗变形的能力稳定性：构件在载荷作用下保持原有的平衡状态的能力,二、衡量构件的承载能力的标准（对构件能正常工作的要求）,一、构件的强度、刚度、稳定性,足够的强度、刚度、稳定性,第三节 载荷及其分类,可以是力，也可以是力偶。,包括主动力和约束反力。,载荷,外界作用在物体上的力。,常见的载荷有：重力、惯性力等,二、载荷的分类,按时间变化，分为静载荷、动载荷,交变载荷与冲击

3、载荷,按力的作用范围，分为集中载荷、分布载荷。,按设计计算情况，分为名义载荷、计算载荷。,名义载荷：,根据额定功率用力学公式计算出的作用在构件上的载荷。它是机器平稳工作时作用在构件上的载荷。,计算载荷：,考虑了实际情况，对构件进行设计计算用的载荷。,一、载荷的概念,体载荷、面载荷、线载荷,属于外力,名义载荷与载荷系数的乘积,第四节 内力和应力,一、内力的概念,物体不受任何外力作用时，其质点之间存在着相互作用力。固有内力,由于物体上加了外力而产生的附加内力。,内力,包括力（轴力、剪力）N力偶（扭矩、弯矩）N.m,二、内力计算截面法,三、应力及其单位,第四节 内力和应力,物体不受任何外力作用时，其

4、质点之间存在着相互作用力。固有内力,由于物体上加了外力而产生的附加内力。,内力,包括力（轴力、剪力）N力偶（扭矩、弯矩）N.m,A,A范围内单位面积上 内力的平均集度,平均应力：,C点处的总应力,C点上内力的集度,一、内力的概念,二、内力计算截面法,三、应力及其单位,第四节 内力和应力,物体不受任何外力作用时，其质点之间存在着相互作用力。固有内力,由于物体上加了外力而产生的附加内力。,内力,包括力（轴力、剪力）N力偶（扭矩、弯矩）N.m,A,A范围内单位面积上 内力的平均集度,平均应力：,C点处的总应力,C点上内力的集度,剪(切)应力：平行于横截面,正应力：垂直于横截面,拉应力、压应力,一、内

5、力的概念,二、内力计算截面法,三、应力及其单位,第五节 杆变形的基本形式,一、杆件的概念,二、拉伸或压缩变形的主要特征,三、剪切变形的主要特征,四、扭转变形的主要特征,五、弯曲变形的主要特征,杆件不同变形的受力特点和变形特点的比较,杆件不同变形时横截面上的内力与应力比较,一、杆件的概念,一个方向的尺度远大于其他两个方向的尺度,杆：,直杆：轴线为直线的杆。,曲杆：轴线为曲线的杆。,杆的两个几何要素,轴线：各横截面形点的连线。,横截面：垂直于杆长度方向的截面。,第五节 杆变形的基本形式,受力特点与变形特点,应力分析,在一对方向相反、作用线与杆轴重合的拉力或压力作用下，杆件沿着轴线伸长或缩短。,内力

6、为轴力,应力为拉应力,应力为压应力,二、拉伸或压缩变形的主要特征,第五节 杆变形的基本形式,受拉压变形的杆件，各截面上的内力为轴力，应力为正应力，应力呈等值分布。,拉应力为正压应力为负,三、剪切变形的主要特征,第五节 杆变形的基本形式,受力特点与变形特点,应力分析,在一对大小相等、指向相反且相距很近的横向力作用下，杆件在二力间的各横截面产生相对错动。,内力为剪力,Q=F,应力为剪（切）应力，一般假设横截面上的剪应力分布为等值分布。,四、扭转变形的主要特征,第五节 杆变形的基本形式,受力特点与变形特点,应力分析,在一对大小相等、转向相反、作用面与杆轴垂直的力偶作用下，杆的任意两横截面绕轴线发生相

7、对转动。,现象1：两条纵向线倾斜了相同的角度，原小方格变成了歪斜的平行四边形。现象2：轴的直径不变，两圆周线的形状和之间距离不变。,推断：圆轴扭转前的各个横截面在扭转后仍为互相平行的平面，只是相对转过了一个角度。,四、扭转变形的主要特征,第五节 杆变形的基本形式,受力特点与变形特点,应力分析,在一对大小相等、转向相反、作用面与杆轴垂直的力偶作用下，杆的任意两横截面绕轴线发生相对转动。,Mn,内力为扭矩,四、扭转变形的主要特征,第五节 杆变形的基本形式,受力特点与变形特点,应力分析,在一对大小相等、转向相反、作用面与杆轴垂直的力偶作用下，杆的任意两横截面绕轴线发生相对转动。,内力为扭矩,现象1：

8、两条纵向线倾斜了相同的角度，原小方格变成了歪斜的平行四边形。现象2：轴的直径不变，两圆周线的形状和之间距离不变。,结论：(1)由于相邻截面相对地转过了一个角度，即横截面间发生了旋转式的相对错动，出现了剪切变形，故截面上有切应力存在，又因半径长度不变，切应力方向必与半径垂直。(2)由于相邻截面的间距不变，所以横截面上没有正应力。,应力只有剪（切）应力,五、弯曲变形的主要特征,第五节 杆变形的基本形式,受力特点与变形特点,应力分析,外力的方向垂直于杆的轴线，或外力偶的矢量方向垂直于杆的轴线;杆的轴线由直线变成曲线。,纯弯曲时，内力为弯矩，,应力只有正应力，无剪应力,第五节 杆变形的基本形式,杆件不

9、同变形时横截面上的内力与应力比较,杆件不同变形的受力特点和变形特点的比较,第21章 轴向拉伸与压缩,第一节 杆件在轴向拉伸与压缩时的内力与应力,第二节 杆件在轴向拉伸与压缩时的变形与应变,第三节 杆件在轴向拉伸与压缩时的虎克定律,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,第五节 杆件在轴向拉伸与压缩时的强度,第二节 杆件在轴向拉伸与压缩时的变形与应变,一、纵向变形和横向变形,杆的纵向绝对变形为：l=l1-l杆的横向绝对变形为：d=d1-d,则：,二、纵向线应变和横向线应变,纵向线应变,横向线应变与纵向线应变的正比关系,横向线应变,称为材料的横向变形系数，或称泊松比,第三节 杆件在轴向拉伸与压缩时的

10、虎克定律,一、,实验证明：当杆件横截面上的应力不超过某一限度时，杆的纵向绝对变形l 与轴力N、杆长l 成正比，而与横截面积A成反比。,E_材料的弹性模量,比例极限,弹性极限,EA越大，杆件变形越困难，反之EA越小，杆件变形越容易，所在EA反映了杆件抵抗拉伸和压缩变形的能力，故EA称为杆的抗拉(压)刚度。,将,和,代入,二、,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,拉伸过程分四个阶段,1、弹性阶段,oa为一直线，该阶段应力与应变成正比，比例常数为E。,a 点对应的应力p 称为 比例极限,oa段内变形都为弹性变形，如卸去试样上的载荷，试样的变形将随之消失。,a 点对应的

11、应力e 称为 弹性极限,aa非直线，但材料的变形还是弹性的。,弹性极限与比较极限非常接近,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,拉伸过程分四个阶段,1、弹性阶段,2、屈服阶段,bc为锯齿形波动段，此时应力仅有小波动，但应变迅速增加，材料暂时失去了抵抗变形的能力。,屈服阶段的最低应力值s 称为 屈服极限,e,p,E,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,拉伸过程分四个阶段,1、弹性阶段,3、强化阶段,2、屈服阶段,cd是一段曲线，应变增大，应力随之增大。,d点对应的应力值b称为强度极限,s,e,p,E,若将试样拉伸超过屈服点后任一点k，

12、缓慢卸载，,曲线沿O1k回到O1点,O1k1是消失了的弹性变形,重新加载，曲线将沿O1kde变化，出现比例极限和屈服极限提高而塑性降低的现象，称为冷作硬化（加工硬化）。,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,拉伸过程分四个阶段,1、弹性阶段,3、强化阶段,2、屈服阶段,4、颈缩阶段,应力超过b后，试样发生局部变形，局部变形区内横截面尺寸急剧缩小，试样迅速被拉断,延伸率：,延伸率分为 5和10（习惯写为）,5%,为塑性材料，如低碳钢,5%,为脆性材料，如铸铁,s,b,断面收缩率：,断面收缩率与尺寸无关，更为准确反映金属材料塑性。,e,p,E,第四节 材料在拉伸和压缩

13、时的力学性质,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,二、铸铁拉伸时的-曲线,1、无明显的直线部分；,3、强度极限b是衡量强度的唯一指标。,2、无屈服阶段，无颈缩现象，断裂是突然的，断裂时应变很小；,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,二、铸铁拉伸时的-曲线,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,三、其它材料的-曲线,图中：锰钢、硬铝和退火球墨铸铁均无明显的屈服阶段。,对于无明显屈服点应力的塑性材料，工程上规定，取对应于试样产生0.2%的塑性应变时的应力值为条件屈服应力，以0.2表示。,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,二、铸铁拉伸时的-曲线,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,三、其它材料的-曲线,四、材料在

14、压缩时的力学性能,压缩试样：短圆柱形，h/d=1.5-3,1、低碳钢的-曲线,1）弹性阶段和屈服阶段曲线重合，低碳钢在压缩时的比例极限p、弹性极限e、弹性模量E、屈服强度s与拉伸时基本相同。,2）进入强化阶段后，压缩曲线不断上升，试样被压扁，但不会被破坏，一般不能测出强度极限。,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,二、铸铁拉伸时的-曲线,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,三、其它材料的-曲线,四、材料在压缩时的力学性能,压缩试样：短圆柱形，h/d=1.5-3,1、低碳钢的-曲线,2、铸铁的-曲线,1）铸铁压缩时的-曲线也没有直线部分。,2）铸铁压缩时的强度极限bc比抗拉强度b高(高出4-5倍)，

15、塑性变形也增加。,一、低碳钢的拉伸时的力学性能,二、铸铁拉伸时的-曲线,第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性质,三、其它材料的-曲线,四、材料在压缩时的力学性能,1、低碳钢的-曲线,2、铸铁的-曲线,塑性材料在破坏前有明显的变形，而脆性材料在破坏变形很小，破坏是突发性的。塑性材料有明显的屈用极限，且抗拉和抗压的屈服极限基本相同，脆性材料没有明显的屈服极限，抗压强度远大于抗拉强度。塑性材料多用于拉伸、弯曲和承受动载荷的构件中，而脆性材料多用来制作机床机身、机器底座和阀体等。,塑性材料和脆性材料力学性质的比较,思考题：,1、三种材料的-曲线如图所示。请问哪种材料强度高？哪种材料塑性好？在弹性范围内哪

16、种材料的弹性模量大？,思考题：,2、现有低碳钢和铸铁两种材料，若杆2选用低碳钢，杆1选用铸铁，你认为合理吗？,第五节 杆件在轴向拉伸与压缩时的强度,一、极限应力和许用应力,极限应力(危险应力)u：材料丧失正常工作能力(失效)时的应力。对于塑性材料，取其的屈服强度s 对于脆性材料，取其的强度极限 b,安全系数：为了保证构件安全工作，应使它的最大工作应力与材料失效时的极限应力之间有适当的强度储备。对于塑性材料，取安全系数 n=1.52.5 对于脆性材料，取安全系数 n=2.05,许用应力：以极限应力u 除以安全因数n 所得的结果。,二、轴向拉压杆的强度条件,为保证拉压杆安全正常地工作，必须使杆内的

17、最大工作应力max 不超过材料拉压许用应力，即：,第五节 杆件在轴向拉伸与压缩时的强度,一、极限应力和许用应力,可解决三类问题,二、轴向拉压杆的强度条件,第五节 杆件在轴向拉伸与压缩时的强度,一、极限应力和许用应力,1、强度校核,2、选择截面,3、确定许允载荷,可解决三类问题,第22章 剪切与挤压,第一节 杆件在剪切时的内力与应力,第二节 杆件在剪切时的变形与应变,第三节 杆件的剪切强度,第四节 材料的挤压强度,第二节 杆件在剪切时的变形与应变,一、剪切变形、剪应变,绝对剪切变形,线e e,角,剪应变,是直角（小矩形内角）的微小变化量,二、剪切胡克定律,单位：弧度rad,当剪应力不超过材料的剪

18、切比例极限时，剪应力与剪应变成正比。,剪切弹性模量,第三节 杆件的剪切强度,一、剪切强度极限与许用剪应力,对塑性材料：,对脆性材料：,二、剪切时的强度条件 实用计算,1、强度校核,2、选择截面,3、确定许允载荷,可解决三类问题,第四节 材料的挤压强度,一、挤压的概念,构件在发生剪切变形的时，往往伴随挤压现象。,挤压使接触处的局部区域发生压陷起趋（产生显著的塑性变形）或挤碎。,二、允用挤压应力,通常情况下：,三、挤压时的强度条件实用计算,可解决三类问题,挤压面积：,按接触面的投影面积计算,剪切力与挤压力方向关系,第23章 扭转变形,第一节 轴的变形与应变,第二节 轴的内力与应力,第三节 轴的刚度

19、,第四节 轴的强度,第五节 提高轴的刚度和强度的措施,第二节 轴的内力与应力,Mn,一、内力扭矩,扭矩的正负号规定,扭矩矢与截面外法线方向一致为正,外力偶距的计算,在已知传动轴的转速和传递功率的情况下：,第二节 轴的内力与应力,一、内力扭矩,二、应力剪（切）应力,结论：(1)由于相邻截面相对地转过了一个角度，即横截面间发生了旋转式的相对错动，出现了剪切变形，故截面上有切应力存在，又因半径长度不变，切应力方向必与半径垂直。(2)由于相邻截面的间距不变，所以横截面上没有正应力。,第二节 轴的内力与应力,一、内力扭矩,二、应力剪（切）应力,Mn横截面上的扭矩应力点到圆心距离J横截面对圆心的极惯性矩(

20、m4),=R时，切应力最大,令：,则：,Wn抗扭截面模量(m3),第二节 轴的内力与应力,一、内力扭矩,二、应力剪（切）应力,对圆实轴：,对空心轴：,Mn横截面上的扭矩应力点到圆心距离J横截面对圆心的极惯性矩(m4),Wn抗扭截面模量(m3),第二节 轴的内力与应力,一、内力扭矩,二、应力剪（切）应力,矩形杆的剪应力分布：,根据剪应力互等定理：矩形杆受扭时，横截面上边缘各点的剪应力必平行于截面周边，且角点处的剪应力必为零，横截面上的最大应力出现在长边中点处。,第一节 轴的变形与应变,一、圆轴扭转时的变形计算,扭转变形用两个截面的相对转角 表示,Mn横截面上的扭矩L 两横截面间的距离GJ截面抗扭

21、刚度(m4),二、圆轴扭转时的应变计算,单位长度扭转角,第三节 轴的刚度,许用单位长度扭转角(2/m),1、刚度校核,2、选择截面,3、确定许允载荷,可解决三类问题,第四节 轴的强度,1、强度校核,2、选择截面,3、确定许允载荷,可解决三类问题,第五节 提高轴的刚度和强度的措施,刚度条件,强度条件,在材料不变，要求不变的条件下，提高轴的刚度和强度，可以从两方面着手：,1、降低扭矩Mn：,轴在多个外力偶矩作用时，合理布置外力偶矩在轴上的作用位置，可以在外载荷不变的条件下，大大降低轴上的最大扭矩值值，即提高了轴的抗扭能力。,第五节 提高轴的刚度和强度的措施,刚度条件,强度条件,在材料不变，要求不变

22、的条件下，提高轴的刚度和强度，可以从两方面着手：,1、降低扭矩Mn：,轴在多个外力偶矩作用时，合理布置外力偶矩在轴上的作用位置，可以在外载荷不变的条件下，大大降低轴上的最大扭矩值值，即提高了轴的抗扭能力。,2、增大抗扭截面模量Wn和极惯性矩J,在截面积相同的条件下，空心轴的Wn和J比实心轴的Wn和J大得多，也就是说，使用空心轴可以节省材料，提高承载能力。,第24章 弯曲变形,第一节 梁与梁的分类,第二节 梁的内力剪力和弯矩,第三节 梁的正应力,第四节 梁的剪应力,第五节 梁的合理截面,第六节 梁纯弯曲时的强度,第七节 梁的剪应力强度,第八节 提高梁的强度和刚度的措施,矩形截面梁有一个纵向对称面

23、,当外力都作用在该纵向对称面内，弯曲也发生在该对称面内，称之为平面弯曲。,因此，可以用梁轴线的变形代表梁的弯曲。,第一节 梁与梁的分类,一、梁：,以弯曲为主要变形的构件，,主要：矩形截面梁的平面弯曲。,受力特点：外力偶与外力（横向力）都作用在杆件的 纵向对称平面内。,变形特点：轴线变成纵向对称平面内的一条平面曲线。,第一节 梁与梁的分类,一、梁：,以弯曲为主要变形的构件，,主要：矩形截面梁的平面弯曲。,二、梁的分类,1、简支梁：一端是活动铰链支座，另一端是固定铰链支座。,2、外伸梁：一端或二端伸出支座之外。,3、悬臂梁：一端固定，另一端自由。,三、梁的载荷,集中力,均布载荷,集中力偶,第一节

24、梁与梁的分类,一、梁：,以弯曲为主要变形的构件，,主要：矩形截面梁的平面弯曲。,二、梁的分类,1、简支梁：一端是活动铰链支座，另一端是固定铰链支座。,2、外伸梁：一端或二端伸出支座之外。,3、悬臂梁：一端固定，另一端自由。,第二节 梁的内力剪力和弯矩,求内力截面法,设有一简支梁AB，受集中力F作用。分析距A端为x处的横截面m-m上的内力。,x,1、根据平衡条件求支座反力,2、截取m-m截面左段。,A,x,M,得：,一、简支梁受集中力作用,得：,L-x,B,b,M,由,由,规定：,剪力Q：左上右下的错动变形：正,弯矩M：下凹弯曲变形：正,第二节 梁的内力剪力和弯矩,求内力截面法,一、简支梁受集中

25、力作用,二、简支梁受均布载荷作用,l,q,求图示简支梁 x 截面的内力,q,FAy,M,A,B,在x 处截开，取左半部分分析,画出外力、约束反力、弯矩,x 截面剪力、力矩平衡方程,qx,Q,FAy,FBy,由对称性，可得：,可见在该简支梁内：剪力为线性分布，弯矩为抛物线分布。,第二节 梁的内力剪力和弯矩,求内力截面法,一、简支梁受集中力作用,l,FAy,M,A,B,Q,FAy,FBy,由对称性，可得：,可见在该简支梁内：剪力为等值分布，弯矩为线性分布。,二、简支梁受均布载荷作用,三、简支梁受集中力偶作用,x 截面剪力、力矩平衡方程,在x 处截开，取左半部分分析,画出外力、约束反力、弯矩,第二节

26、 梁的内力剪力和弯矩,一、简支梁受集中力作用,二、简支梁受均布载荷作用,三、简支梁受集中力偶作用,Q,剪力图和弯矩图比较,Q,第二节 梁的内力剪力和弯矩,一、简支梁受集中力作用,二、简支梁受均布载荷作用,三、简支梁受集中力偶作用,剪力图和弯矩图比较,Q,Q,第三节 梁的正应力,纯弯曲：梁的横截面上只有弯矩而无剪力,横力弯曲(非纯弯曲)：横截面上既有弯矩又有剪力,a,平面弯曲分类,第三节 梁的正应力,一、纯弯曲试验,横向线保持直线，只是相对转动了一个角度。各纵向线由直线变成了曲线，原纵向线的长度发生了改变 上面缩短了，下面伸长了。中性层：梁内一层纤维既不伸长也不缩短，因而纤维不 受拉应力和压应力

27、，此层纤维称中性层。,中性轴：中性层与横截面的交线。,结论：纯弯曲横截面上只有正应力，没有剪应力。,第三节 梁的正应力,一、纯弯曲试验,二、正应力的分布,第三节 梁的正应力,一、纯弯曲试验,二、正应力的分布,纯弯曲梁横截面上的正应力 1、沿宽度方向为均匀等值分布：距中性轴同一高度上各点的正应力相等。2、沿高度方向为线性分布：正应力与该点到中性层的距离成正比；上下边缘处正应力最大；在中性轴上各点处的正应力为零；,Jz：截面惯性矩，是以中性轴为轴的。,Wz：抗弯截面模量,第三节 梁的正应力,一、纯弯曲试验,二、正应力的分布,三、常见截面的截面惯性矩和抗弯截面模量,1、矩形截面：,竖放：,平放：,2

28、、实心圆截面：,3、空心圆截面：,第四节 梁的剪应力,矩形截面梁剪应力1、沿宽度方向均匀等值分布；2、沿高度方向：按抛物线规律分布；横截面上、下边沿处的剪应力0；中性轴上剪应力最大。,矩形截面梁跨中受一集中载荷作用：,梁截面中性轴处的正应力最小、正应变最小；上下边缘处的正应力最大、正应变最大；梁截面中性轴处的剪应力最大、正应变最大；上下边缘处的剪应力最小、正应变最小；,第五节 梁的合理截面,Wz：抗弯截面模量,合理设计截面,相同材料制作的梁，其合理截面应该是在相同截面积A情况下，具有较大抗弯截面模量Wz的截面形状。,脆性材料,塑性材料,放置位置,采用变截面梁,第六节 梁纯弯曲时的强度,等截面梁

29、的最大弯曲正应力一定发生在梁的最大弯矩所在截面的上下边缘处；变截面梁的最大弯曲正应力不一定发生在梁的最大弯矩所在截面的上下边缘处。,可解决三类问题,第七节 梁的剪应力强度,梁的跨度较短，M 较小，而Q 较大时，要校核剪应力。,影响弯曲强度的主要因素是弯曲正应力。,只有在特殊情况下要考虑弯曲剪应力的影响。例如：,对于实心截面弯曲剪应力很小。一般只考虑弯曲正应力的影响。,第八节 提高梁的强度和刚度的措施,在材料不变的情况下：,一、降低最大弯矩,1、合理安排梁的支承,2、合理地布置载荷,二、增大抗弯截面模量,选择合理的截面形状,采用变截面梁,第25章 薄壁容器的强度,一、薄壁容器,圆筒形压力容器，平

30、均直径不小于（大于等于）20倍壁厚。,纵向（轴向）,横向（切向）,1、一般都是纵向破裂，在焊接时，其0度轴向焊缝尤为重要。,二、,2、在圆筒形薄壁容器上开椭圆型孔时，须把孔的短轴安排在平行于圆筒的轴线方向上；把孔的长轴安排在平行于圆筒的切线方向上。,（）减小材料缺陷；（）改善外部结构：截面变化圆角过渡；降低表面粗糙度；提高表面质量，表面强度。,第26章 应力集中,由于截面急剧变化引起应力局部增大现象,一、应力集中：,二、应力集中系数：,在发生应力集中的截面，有应力集中时的最大应力与无应力集中时的应力之比。,三、应力集中的影响：,（静荷作用下）,具有屈服阶段，对应力集中的敏感程度较小，可以不考虑

31、应力集中的影响。,塑性材料：,组织均匀的脆性材料：,材料不存在屈服，应力集中将大大降低构件的强度，其危害是严重的。,如铸铁，其内部组织的不均匀性和缺陷，截面形状改变引起的应力集中不会对构件承载能力造成明显的影响。,组织不均匀的脆性材料：,四、减少应力集中的措施：,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,例如：,1、正常工作中的齿轮的轮齿；,2、正常工作中的空气压缩机的活塞杆；,4、行进中的车轮轮轴；,载荷是周期性变化的,构件作交变运动,3、正常工作中的柴油机主轴、贯穿螺栓、活塞销；,自行车在平路上行驶时，其前轮轴中的应力，,不是交变应力,不变的弯曲应力,对称循环交变应

32、力,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,几种特殊的交变应力：,1.对称循环：,s,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,几种特殊的交变应力：,1.对称循环：,s,2.脉动循环：,s,3.稳定循环：,最大、最小应力保持恒定,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,二、疲劳破坏：,例如：,金属构件在长期交变应力作用下所发生的断裂破坏。,空气压缩机的活塞杆工作中，在载荷反复作用下折断。,铁丝在反复的折弯中被折断,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,二、疲劳破坏：,金属构件在长期交变应力作

33、用下所发生的断裂破坏。,1、疲劳破坏有一个过程，构件经过一定的循环次数后突然断裂；,3、塑性材料在断裂前也无明显的塑性变形;,4、断口分为光滑区和粗糙区，最后断口部位呈粗糙断口。,三、疲劳破坏的主要特征：,2、断裂时的最大应力小于材料的静强度极限；,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,二、疲劳破坏：,金属构件在长期交变应力作用下所发生的断裂破坏。,四、材料的持久极限（疲劳极限）,材料在交变应力作用下，应力不超过某一极限值，试件可经历无限次应力循环而不发生疲劳破坏，这一极限值称为材料的,三、疲劳破坏的主要特征：,N 曲线（应力寿命曲线）,N0循环基数,-1对称循环时

34、材料持久极限,对钢材：N0=107,对有色金属，N0=108,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,二、疲劳破坏：,金属构件在长期交变应力作用下所发生的断裂破坏。,三、疲劳破坏的主要特征：,五、影响构件持久极限（疲劳极限）的因素,1、构件外形的影响,应力集中,使持久极限显著降低,外形突然变化,四、材料的持久极限（疲劳极限）,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,二、疲劳破坏：,金属构件在长期交变应力作用下所发生的断裂破坏。,三、疲劳破坏的主要特征：,2、构件尺寸的影响,光滑小试样，大于光滑大试样,3、构件表面质量的影响,构件中的最大应力常

35、发生于表层，疲劳裂纹也多生成于表层。故构件表面的加工缺陷(划痕、擦伤）等将引起应力集中，降低持久极限。,1、构件外形的影响,应力集中,使持久极限显著降低,六、提高构件疲劳强度的措施,五、影响构件持久极限（疲劳极限）的因素,四、材料的持久极限（疲劳极限）,1、降低构件应力集中的影响,第27章 疲劳破坏,一、交变应力：,构件内应力随时间作周期性变化,二、疲劳破坏：,金属构件在长期交变应力作用下所发生的断裂破坏。,三、疲劳破坏的主要特征：,要保证材料的质量，尽量避免材料可能存在的缺陷；构件在设计时应尽量避免尖角、缺口和截面突变等；在截面突变处采用圆弧过渡并尽可能加大过渡圆弧的半径。,1、降低构件应力集中的影响,2、提高表面加工质量,降低表面粗糙度，提高表面光洁度。,3、提高表层强度,热处理方法：,高频淬火,化学处理方法：,渗碳、氮化，,机械方法：,喷丸、滚压。,4、减小构件的尺寸,五、影响构件持久极限（疲劳极限）的因素,四、材料的持久极限（疲劳极限）,六、提高构件疲劳强度的措施,