機械設計三章第一頁，共二十頁，2022年，8月28日一、表征疲勞特性的參數(shù)sm─平均應力；sa─應力幅值smax─最大應力；smin─最小應力r─應力比（循環(huán)特性）N——應力循環(huán)次數(shù)§3-1材料的疲勞特性第二頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-1材料的疲勞特性r=-1對稱循環(huán)應力r=0脈動循環(huán)應力r=1靜應力-1＜r＜1(r≠0)非對稱循環(huán)應力第三頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-1材料的疲勞特性二、

s－N疲勞曲線(r一定)s－N疲勞曲線AB段：靜應力強度，N≤103BC段：低周疲勞（應變疲勞），103

≤

N≤104，N，σmaxCD段:有限壽命疲勞，N>104D點以后：無限壽命疲勞，r——應力比N——應力循環(huán)次數(shù)m——材料常數(shù)高周疲勞低周疲勞第四頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-1材料的疲勞特性G'A'OC三、等壽命疲勞曲線（極限應力線圖）D'A'

（0，σ-1）r＝-1，σm＝0，σa＝σmax＝σ-1C'（σS，0

）r＝1，σa＝0,σm＝σsD'（，）r＝0，σa＝σm＝=45?第五頁，共二十頁，2022年，8月28日CＧ'上任一點代表

的變應力狀況G'A'OCD'45?§3-1材料的疲勞特性A'D'上任一點代表一定循環(huán)特性時的疲勞極限第六頁，共二十頁，2022年，8月28日機械零件的疲勞強度計算1§3-2機械零件的疲勞強度計算一、零件的極限應力線圖零件的疲勞極限<材料試件的疲勞極限。Ｋσ——彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)不對稱循環(huán)時：對稱循環(huán)時：σ-1——材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1e——零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σa——試件的極限應力幅σae——零件的極限應力幅第七頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-2機械零件的疲勞強度計算AＧ直線方程：直線CG′按靜應力考慮不需修正或A′D′Ｇ′ADG橫坐標不變，縱坐標按比例改變試件受循環(huán)彎曲應力的材料常數(shù)第八頁，共二十頁，2022年，8月28日——零件受循環(huán)彎曲應力時的極限應力幅——零件受循環(huán)彎曲應力時的極限平均應力——零件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)CＧ直線方程：§3-2機械零件的疲勞強度計算第九頁，共二十頁，2022年，8月28日機械零件的疲勞強度計算2§3-2機械零件的疲勞強度計算二、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算計算步驟：求得危險截面的max及

min據此計算出m及a標出M(m,a)（或N）根據應力變化規(guī)律找到對應的極限應力值強度計算式：由強度計算式求出sca第十頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-2機械零件的疲勞強度計算1.r＝C的情況方法：連接OM（或ON），與AGC相交，得到極限應力點M’1（N’1）當M位于AOG區(qū)域時:零件疲勞強度條件為：零件疲勞強度條件為:當N位于GOC區(qū)域時：第十一頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-2機械零件的疲勞強度計算2.σm＝C的情況方法：過點M（或N）作縱軸平行線M2M2′（或N2N2′），與AGC相交得到極限應力點M2′（或N2′）當M位于AOHG區(qū)域內時，零件強度條件：當N位于CGH區(qū)域內時，零件強度條件：第十二頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-2機械零件的疲勞強度計算3.min

＝C的情況方法：過M（或N）作與橫軸夾角為45°的直線M2M2′（或N2′），與AGC相交得到極限應力點M2′（或N2′）計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：a.

AOJ區(qū)域內：min為負值；c.

OJGI區(qū)域內：疲勞極限b.GIC區(qū)域內：按靜強度計算；第十三頁，共二十頁，2022年，8月28日§3-2機械零件的疲勞強度計算注意：當難于確定應力可能變化的規(guī)律，常采用r＝C

時的公式應力的等效轉化：原來作用的不對稱循環(huán)變應力等效的對稱循環(huán)變應力彎曲平均應力轉化系數(shù)把平均應力折算為等效的應力幅第十四頁，共二十頁，2022年，8月28日規(guī)律性不穩(wěn)定變應力機械零件的疲勞強度計算3§3-2機械零件的疲勞強度計算三、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算不穩(wěn)定變應力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累積假說進行疲勞強度計算

不穩(wěn)定變應力在σr—N坐標上應力σi循環(huán)了ni次，由σr—N曲線可以找出僅有σi作用時使材料發(fā)生疲勞破壞的循環(huán)次數(shù)Ni第十五頁，共二十頁，2022年，8月28日應力σ1每循環(huán)一次對材料的損傷率為1/N1，則循環(huán)了ni次的σ1對材料的損傷率即為ni/Ni，以此類推。當損傷達到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應于極限狀況有計算安全系數(shù)Sca及強度條件則為：（注意：小于材料持久疲勞極限的工作應力對材料不起疲勞損傷作用，在計算時不予考慮）不穩(wěn)定變應力的計算應力：§3-2機械零件的疲勞強度計算第十六頁，共二十頁，2022年，8月28日機械零件的疲勞強度計算4§3-2機械零件的疲勞強度計算四、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算當零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應力sa和ta時，由實驗得出的極限應力關系式為：式中ta′及sa′為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。計算安全系數(shù)：

第十七頁，共二十頁，2022年，8月28日機械零件的疲勞強度計算5§3-2機械零件的疲勞強度計算五、提高機械零件疲勞強度的措施采用具有高疲勞強度的材料，并配以提高材料疲勞強度的熱處理方法。提高零件的表面質量盡可能降低零件上的應力集中的影響；盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸。

第十八頁，共二十頁，2022年，8月28日機械零件的抗斷裂強度§3-3機械零件的抗斷裂強度

低應力脆斷：在工程實際中，往往會發(fā)生工作應力小于許用應力時所發(fā)生的突然斷裂。斷裂力學——是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結構或構件的強度和變形規(guī)律的學科。內在原因：通過對大量結構斷裂事故分析表明，結構內部裂紋和缺陷的存在是導致低應力斷裂的。

第十九頁，共二十頁，2022年，8月28日機機械零件的接觸強度§3-4