浙江大学：《材料力学》课程PPT教学课件（教案讲稿）第十一章 交变应力 Alternating Stress

章我应力

Chapter 11 Alternating Stress

卖妄应动( Alternating Stress 第十4 交变应力 (Alternating stress) D11交变应力与疲劳失效( Alternating stress and fatigue failure) §11-2交变应力的循环特征、应力幅和平 均应力( The cycle symbol, stress amplitude and mean stress for alternating stress) 11-3持久极限( Endurance limit) s11-4影响持久极限的因素 (The effective factors of endurance limit)

(Alternating Stress) 第十一章 交变应力 （Alternating stress） §11–1 交变应力与疲劳失效(Alternating stress and fatigue failure) §11–3 持久极限(Endurance limit) §11–2 交变应力的循环特征、应力幅和平 均应力(The cycle symbol,stress amplitude and mean stress for alternating stress） §11–4 影响持久极限的因素 (The effective factors of endurance limit )

卖妄应动( Alternating Stress §11-5对称循环下构件的疲劳强度计算 (Calculation of the fatigue strength of the member under symmetric cycles) §11-6持久极限曲线 (Enduring limit curve) 口§11-7不对称循环下构件的疲劳强度计算 (Calculation of the fatigue strength of the member under unsymmetric cycles) p§11-8弯扭组合交变应力的强度计算 Calculation of the strength of composit deformations

(Alternating Stress) §11–5 对称循环下构件的疲劳强度计算 (Calculation of the fatigue strength of the member under symmetric cycles) §11–6 持久极限曲线 (Enduring limit curve) §11–7 不对称循环下构件的疲劳强度计算 (Calculation of the fatigue strength of the member under unsymmetric cycles) §11–8 弯扭组合交变应力的强度计算 (Calculation of the strength of composit deformations)

卖妄应动( Alternating Stress s11-1交变应力与疲劳失效 (Alternating stress and fatigue failure) 、交变应力( Alternating stress 构件内一点处的应力随时间作周期性变化,这种应力称为交 变应力. F 6 高藤鼬 低油

(Alternating Stress) §11–1 交变应力与疲劳失效 (Alternating stress and fatigue failure) 一、交变应力（Alternating stress ) 构件内一点处的应力随时间作周期性变化,这种应力称为交 变应力. A F t s Ｏ

卖妄应动( Alternating Stress 、产生的原因( Reasons) 1.载荷做周期性变化 Load changes periodically with time) 2载荷不变,构件点的位置随时间做周期性的变化 (The point changes his location periodically with time under an unchangeable load) 例题1一简支梁在梁中间部分固接一电动机由于电动机的重力 作用产生静弯曲变形当电动机工作时,由于转子的偏心而引起离 心惯性力由于离心惯性力的垂直分量随时间作周期性的变化,梁 产生交变应力

(Alternating Stress) 二、产生的原因(Reasons) 例题1 一简支梁在梁中间部分固接一电动机,由于电动机的重力 作用产生静弯曲变形,当电动机工作时,由于转子的偏心而引起离 心惯性力.由于离心惯性力的垂直分量随时间作周期性的变化,梁 产生交变应力. 1.载荷做周期性变化 （Load changes periodically with time） 2.载荷不变,构件点的位置随时间做周期性的变化 （The point changes his location periodically with time under an unchangeable load）

卖妄应动( Alternating Stress 易 静平衡位置

(Alternating Stress) 静平衡位置 ωt t s s st s max s min

卖妄应动( Alternating Stress 例题2火车轮轴上的力来自车箱大小、方向基本不变.即弯矩 基本不变 假设轴以匀角速度O转动. 横截面上A点到中性轴的 距离却是随时间t变化的. ot y=rsin at A点的弯曲正应力为 M·yM…r sin ot 随时间t按正弦曲线变化

(Alternating Stress) 例题2 火车轮轴上的力来自车箱.大小、方向基本不变. 即弯矩 基本不变. F F 横截面上 A点到中性轴的 距离却是随时间t 变化的. 假设轴以匀角速度 转动.   t z A y = rsint A点的弯曲正应力为 t I M r I M y s sin  =  = s 随时间 t 按正弦曲线变化 t s s1 s2 s3 s4 O s1

卖妄应动( Alternating Stress 三、疲劳破坏( Fatigue failure) 材料在交变应力作用下的破坏习惯上称为疲劳破坏 (fatigue failure) 1.疲劳破坏的特点( Characteristics of the fatigue failure) (1)交变应力的破坏应力值一般低于静载荷作用下的强度 极限值,有时甚至低于材料的屈服极限. (2)无论是脆性还是塑性材料交变应力作用下均表现为脆性断 裂,无明显塑性变形. (3)断口表面可明显区分为光滑区与粗糙区两部分

(Alternating Stress) 三、疲劳破坏（Fatigue failure） 材料在交变应力作用下的破坏习惯上称为疲劳破坏 （fatigue failure） （1）交变应力的破坏应力值一般低于静载荷作用下的强度 极限值,有时甚至低于材料的屈服极限. （2）无论是脆性还是塑性材料,交变应力作用下均表现为脆性断 裂,无明显塑性变形. （3）断口表面可明显区分为光滑区与粗糙区两部分. 1.疲劳破坏的特点（Characteristics of the fatigue failure）

卖妄应动( Alternating Stress ∴; 粗糙区 ∷∴ : 光滑区 裂纹源 材料发生破坏前应力随时间变化经过多次重复其循环次数 与应力的大小有关应力愈大循环次数愈少 用手折断铁丝,弯折一次一般不断,但反复来回弯折多次后,铁 丝就会发生裂断这就是材料受交变应力作用而破坏的例子 因疲劳破坏是在没有明显征兆的情况下突然发生的,极易造 成严重事故据统计,机械零件,尤其是高速运转的构件的破坏,大部 分属于疲劳破坏

(Alternating Stress) 材料发生破坏前,应力随时间变化经过多次重复,其循环次数 与应力的大小有关.应力愈大,循环次数愈少. 裂纹源 光滑区 粗糙区 用手折断铁丝,弯折一次一般不断,但反复来回弯折多次后,铁 丝就会发生裂断,这就是材料受交变应力作用而破坏的例子. 因疲劳破坏是在没有明显征兆的情况下突然发生的,极易造 成严重事故.据统计,机械零件,尤其是高速运转的构件的破坏,大部 分属于疲劳破坏

卖妄应动( Alternating Stress 2疲劳过程一般分三个阶段 (The three phases of fatigue process (1)裂纹萌生在构件外形突变或材料内部缺陷等部位,都可能 产生应力集中引起微观裂纹分散的微观裂纹经过集结沟通,将形 成宏观裂纹 (2)裂纹扩展已形成的宏 观裂纹在交变应力下逐渐扩展 (3)构件断裂裂纹的扩展 使构件截面逐渐削弱,削弱到一 定极限时构件便突然断裂 用用

(Alternating Stress) （1）裂纹萌生 在构件外形突变或材料内部缺陷等部位,都可能 产生应力集中引起微观裂纹.分散的微观裂纹经过集结沟通,将形 成宏观裂纹. （2）裂纹扩展 已形成的宏 观裂纹在交变应力下逐渐扩展. （3）构件断裂 裂纹的扩展 使构件截面逐渐削弱,削弱到一 定极限时,构件便突然断裂. 2.疲劳过程一般分三个阶段 （The three phases of fatigue process）