机械零件的强度培训ppt课件.ppt
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1、第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度3-1 材料的疲劳强度材料的疲劳强度3-2 机械零件的疲劳强度机械零件的疲劳强度3-3 机械零件的抗断裂强度机械零件的抗断裂强度3-4 机械零件的接触强度机械零件的接触强度3-5 机械零件可靠性设计简介机械零件可靠性设计简介119881988年年 德国高铁事故德国高铁事故234t 静应力:静应力:不随时间变化或变化缓慢不随时间变化或变化缓慢变应力:变应力:随时间变化随时间变化t t 2稳定循环变应力稳定循环变应力3-1 材料的疲劳强度材料的疲劳强度5非稳定循环变应力非稳定循环变应力随机变应力随机变应力6 max最大最大应应力力 min 最小最小应应力力
2、 m 平均平均应应力力a 应应力幅力幅r 应应力比(循力比(循环环特性)特性)稳定循环变应力的参数有稳定循环变应力的参数有5个,其中只有个,其中只有 2 个参数是独立的。个参数是独立的。t 71、非非对对称循称循环变应环变应力力(-1r1)2、对对称循称循环变应环变应力力(r=-1)ot a=max minot a m min max83、脉脉动动循循环环(r=0)ot a m max t94、静静应应力力(r=1)10例例1.已知:已知:max=200 MPa,r=0.5,求:,求:min、a、m。例例2.已已知知:a=80 MPa,m=40 MPa。求求:max、min、r。11例例1 已
3、知:已知:max=200 MPa,r=0.5,求:,求:min、a、m。解:解:12例例2 已已知知:a=80 MPa,m=40 MPa。求求:max、min、r。解:解:13材料的疲材料的疲劳劳极限极限rN:在在应应力比力比为为r的循的循环变应环变应力作用下,力作用下,应应循循环环N次后,材料不次后,材料不发发生疲生疲劳劳破坏所能承受的最大破坏所能承受的最大应应力力max。材料的疲劳寿命材料的疲劳寿命N N:材料疲劳失效前所经历的应力循环材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。次数。在疲劳强度计算中,材料的极限应力在疲劳强度计算中,材料的极限应力lim=r。变应变应力下零件的的力下零件的的强强度
4、准度准则为则为ca r。14材料的材料的-N疲疲劳劳曲曲线线CBD有限寿命区有限寿命区无限寿命区无限寿命区低周疲劳低周疲劳高周疲劳高周疲劳N0NNr104103OArN15已已知知45钢钢的的疲疲劳劳极极限限-1=270MPa,疲疲劳劳曲曲线线方方程程的的幂幂指指数数m=9,应应力力循循环环基基数数N0=5106次次。求求当当应应力力循循环环次次数数N=104次次时时,其相,其相应应的有限寿命疲的有限寿命疲劳劳极限极限为为 MPa。16已已知知45钢钢的的疲疲劳劳极极限限-1=270MPa,疲疲劳劳曲曲线线方方程程的的幂幂指指数数m=9,应应力力循循环环基基数数N0=5106次次。求求当当应应
5、力力循循环环次次数数N=104次次时时,其相,其相应应的有限寿命疲的有限寿命疲劳劳极限极限为为 MPa。17不同不同应应力比力比r下的下的-N疲疲劳劳曲曲线线0N104N0NCDNmax-1N-1r=-1r=0r=0.4r=0,r=0r=-1,r=-10.4N00.4O18等寿命疲等寿命疲劳劳曲曲线线(某一某一给给定循定循环环次数次数)M 19等寿命疲劳曲线等寿命疲劳曲线aammOM M20等寿命疲劳曲线等寿命疲劳曲线A对对称疲称疲劳劳极限点极限点D 脉脉动动循循环环疲疲劳劳极限点极限点 F 强强度极限点度极限点C屈服极限点屈服极限点OCFD A45 0/2 a 0/2-1 S B m21A
6、a m4545OFCD G S B 0/2-10/2折线以内为疲劳和塑性安全区;折线以内为疲劳和塑性安全区;折线以外为疲劳和塑性失效区;折线以外为疲劳和塑性失效区;工作应力点离折线越远,安全程度愈高。工作应力点离折线越远,安全程度愈高。材料的材料的极限应力线图极限应力线图(折线简化)(折线简化)22材料的材料的材料的材料的极限应力线图极限应力线图已知:已知:-1,0,s (循(循环环次数次数N=N0)作作图图如下:如下:1)标标出出A(0,-1),D(0/2,0/2),C(s,0)三点;三点;2)连连接接AD并延并延长长;3)过过C作与横作与横轴轴成成135的直的直线线与与A A D D 连线
7、连线连线连线或其延或其延或其延或其延长线长线长线长线交于交于G 点。点。23A maC450/2OG D 0/2-1S24MNA maC450/2OG D 0/2-1SM-1r00r2)尺寸及截面形状尺寸及截面形状尺寸及截面形状尺寸及截面形状的影响:的影响:(尺寸越大,(尺寸越大,越小)越小)3)表面状表面状表面状表面状态态态态的影响:的影响:加工加工质质量量 1综合影响系数综合影响系数K3-2 机械零件的疲劳强度机械零件的疲劳强度30零件的极限零件的极限应应力力线图线图零件零件D D G A G OA a0/2-1-1e0e/20/2S材料材料C4545m31零件的零件的极限应力线图极限应力
8、线图 已知:已知:-1,0,s,K(循(循环环次数次数N=N0时时)作作图图如下:如下:1)标标出出A(0,-1e),D(0/2,0e/2),),C(s,0)三点;三点;2)连连接接AD并延并延长长;3)过过C作与横作与横轴轴成成135的直的直线线与与ADAD延延延延长线长线长线长线交于交于G 点。点。32零件的极限零件的极限应应力力线图线图零件零件D D G A G OA a0/2-1-1e0e/20/2S材料材料C4545me33零件的极限零件的极限应应力力线图线图零件零件D D G A GOA a0/2-1-1e0e/20/2S材料材料C4545me341)应应力比力比r=C-1eamO
9、A MMmaGCS单单向向稳稳定定变应变应力力时时零件的疲零件的疲劳劳强强度度35-1eamOA NNmaGCS36CCsasmstsasmsminsmaxsmaxsmin2)平均)平均应应力力m=C37mH-1eamOAMMaG CS38mH-1eamOANNaG CS39CCsasmtmin3)最小)最小应应力力min=C40mI J-1eamOA MMminaG CS4541mI J-1eamOA NNminaG CS4542min0-1eamSA MMmmina45G OCI J 43已知:某零件材料的机械性能已知:某零件材料的机械性能为为-1=600 MPa,0=1000 MPa,S
10、=800 MPa。(1)试试画出材料的画出材料的简简化极限化极限应应力力图图;(2)如果疲)如果疲劳劳强强度度综综合影响系数合影响系数 K=2.0,绘绘制此零件的制此零件的简简化极限化极限应应力力图图;(3)若零件所受的最大)若零件所受的最大应应力力 max=500 MPa,应应力循力循环环特特性系数性系数r=0.20,求平均,求平均应应力和力和应应力幅并在力幅并在图图中中标标出工作点;出工作点;(4)在上述情况下零件的)在上述情况下零件的计计算安全系数算安全系数为为多少?多少?44O800600500500S-1(0/2,0/2)maCA D45已知:某零件材料的机械性能已知:某零件材料的机
11、械性能为为-1=600 MPa,0=1000 MPa,S=800 MPa。(1)试试画出材料的画出材料的简简化极限化极限应应力力图图;(2)如果疲)如果疲劳劳强强度度综综合影响系数合影响系数 K=2.0,绘绘制此零件的制此零件的简简化极限化极限应应力力图图;(3)若零件所受的最大)若零件所受的最大应应力力 max=500 MPa,应应力循力循环环特特性系数性系数r=0.20,求平均,求平均应应力和力和应应力幅并在力幅并在图图中中标标出工作点;出工作点;(4)在上述情况下零件的)在上述情况下零件的计计算安全系数算安全系数为为多少?多少?46O800600500500S-1(0/2,0/2)ma-
12、1e(0/2,0e/2)300A DAD250C47已知:某零件材料的机械性能已知:某零件材料的机械性能为为-1=600 MPa,0=1000 MPa,S=800 MPa。(1)试试画出材料的画出材料的简简化极限化极限应应力力图图;(2)如果疲)如果疲劳劳强强度度综综合影响系数合影响系数 K=2.0,绘绘制此零件的制此零件的简简化极限化极限应应力力图图;(3)若零件所受的最大)若零件所受的最大应应力力 max=500 MPa,应应力循力循环环特特性系数性系数r=0.20,求平均,求平均应应力和力和应应力幅并在力幅并在图图中中标标出工作点;出工作点;(4)在上述情况下零件的)在上述情况下零件的计
13、计算安全系数算安全系数为为多少?多少?48解解:(3)49O800600500500S-1(0/2,0/2)ma-1e(0/2,0e/2)300M200300DAA 250DC50已知:某零件材料的机械性能已知:某零件材料的机械性能为为-1=600 MPa,0=1000 MPa,S=800 MPa。(1)试试画出材料的画出材料的简简化极限化极限应应力力图图;(2)如果疲)如果疲劳劳强强度度综综合影响系数合影响系数 K=2.0,绘绘制此零件的制此零件的简简化极限化极限应应力力图图;(3)若零件所受的最大)若零件所受的最大应应力力 max=500 MPa,应应力循力循环环特特性系数性系数r=0.2
14、0,求平均,求平均应应力和力和应应力幅并在力幅并在图图中中标标出工作点;出工作点;(4)在上述情况下零件的)在上述情况下零件的计计算安全系数算安全系数为为多少?多少?511)r=0.2O800600500500S-1(0/2,0/2)ma-1e(0/2,0e/2)300390260200300MM DAA DC52解解:(3)1)应应力比力比r=0.253O800600500500S-1(0/2,0/2)ma-1e(0/2,0e/2)300390280200300MM DAA DC2)m=300 MPa54解解:(3)2)平均)平均应应力力m=300 MPa553)min=100 MPaO80
15、0600500500S-1(0/2,0/2)ma-1e(0/2,0e/2)300360260200300MM DAA DC563)最小)最小应应力力min=100 MPa57单向不稳定变应力下零件的疲劳强度单向不稳定变应力下零件的疲劳强度疲疲劳损伤劳损伤累累积积假假说说(Miner法法则则)58正好发生破坏正好发生破坏未发生损坏未发生损坏Miner法法则则59强度条件强度条件60已知:材料已知:材料-1=350 MPa,N0=107,m=6。500105n/MPa400600/MPa55010010410410410461损伤率:损伤率:500105n/MPa62总损伤率:总损伤率:40060
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