應力強度干涉理論.ppt

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1、第三章干涉理論和可靠度計算基本隨機變量應力－強度干涉理論應力－強度干涉模型可靠度的一般表達式應力分布的確定強度分布的確定用矩法確定應力和強度的分布一維隨機變量多維隨機變量可靠度的計算方法應力和強度均為正態(tài)分布其它分布類型1基本隨機變量載荷載荷類型載荷性質設計與幾何形狀及尺寸工作環(huán)境環(huán)境介質與零件失效環(huán)境溫度與零件失效材料性能與生產情況使用維護情況2基本隨機變量應力、強度定義：在機械產品中，廣義的應力是引起失效的負荷，強度是抵抗失效的能力。由于影響應力和強度的因素具有隨機性，所以應力和強度具有分散特性。要

2、確定應力和強度的隨機特性，首先應了解影響應力和強度隨機性的因素。影響應力的因素影響應力的主要因素有所承受的外載荷、結構的幾何形狀和尺寸，材料的物理特性等影響強度的因素影響強度的主要因素有材料的機械性能、工藝方法和使用環(huán)境等3基本隨機變量載荷機械產品所承受的載荷大都是一種不規(guī)則的、不能重復的隨機性載荷，例如自行車因人的體重和道路的情況差別等原因，其載荷就是隨機變量。飛機的載荷不僅與載重量有關，而且飛機重量、飛行速度、飛行狀態(tài)、氣象及駕駛員操作有關。零件的失效通常是由于其所承受的載荷超過了零件在當時狀態(tài)下的

3、極限承載能力的結果。零件的受力狀況包括：載荷類型、載荷性質，以及載荷在零件中引起的應力狀態(tài)。4載荷載荷類型軸向載荷——力在作用在零件的軸線上，大小相等，方向相反，包括軸向拉伸和軸向壓縮（表3-1(a)）載荷在軸向載荷作用下，應力沿橫截面的分布式均勻的。零件上主應力與最大切應力的關系為彎曲載荷——垂直于零件軸線的載荷（有時還有力偶），它使零件產生彎曲變形。在彎曲載荷作用下，零件橫截面上的主應力分布的規(guī)律是：從表面應力最大改變到中性軸線處應力為零。并且，中性軸線一側為拉伸應力，另一側為壓縮應力。5載荷載荷類

4、型扭轉載荷——作用在垂直于零件軸線平面內的力偶，它使零件發(fā)生扭轉變形。在扭轉載荷作用下，橫截面上的切應力的分布規(guī)律是：從表面最大到橫截面中心處為零（這里講的“中心點”，是指扭轉中心軸線與橫截面的交點）。剪切載荷——使零件內相鄰兩截面發(fā)生相對錯動的作用力。表3-1（d）表示螺栓在連接接合面處受剪切，并與被連接孔壁互壓。螺桿還受彎曲，但在各接合面貼緊的情況下可以不考慮。在剪切載荷作用下，力大小沿平行于最小切應力的橫截面上均勻的。6載荷載荷類型接觸載荷——兩個零件表面間的接觸有點接觸、線接觸和面接觸。零件受載

5、后在接觸部位的正交壓縮載荷稱為接觸載荷（表3-1（e））例如，滾動軸承工作時，滾子與滾道之間，齒輪傳動中輪齒與輪齒之間的壓力都是接觸載荷。在接觸載荷作用下，主應力與最大切應力之比是不定。7載荷表3-1載荷基本類型序應力分布情況載荷類型(a)軸向載荷(b)彎曲載荷(c)扭轉載荷(d)剪切載荷(e)接觸載荷8載荷載荷性質載荷的性質可以分為以下幾種：靜載荷——緩緩地施加于零件上的載荷，或恒定的載荷。沖擊載荷——以很大速度作用于零件上的載荷，沖擊載荷往往表現(xiàn)為能量載荷。交變載荷——載荷的大小、方向隨時間變化的載

6、荷，其變化可以是周期性的，也可以是無規(guī)則的。9載荷載荷的性質交變應力的形式對稱循環(huán)應力——等值交變的拉伸、壓縮和剪切應力（圖3-1(a)）。脈動循環(huán)應力——單向應力，其應力值從零變化到最大，r=0，如圖3-1(b)所示。非對稱循環(huán)應力——應力值由最小到最大變化，最小應力既可能是正值（圖3-2(c)），也可能負值。隨機循環(huán)應力——實際運轉的機器，由于服役條件可能發(fā)生變化10載荷圖3-1交變應力的類型11設計與幾何形狀及尺寸由于制造（加工、裝配）誤差是隨機變量，所以零、構件的尺寸也是隨機變量設計方案的合理性

7、和設計考慮因素不周到是零件失效的重要原因之一。例如：軸的臺階處直角形過度，過小的內圓角半徑，尖銳的棱邊等造成應力集中，這些應力集中處，有可能成為零件破壞的起源地對零件的工作條件估計錯誤，如對工作中可能的過載估計不足，造成設計的零件的承載能力不夠選材不當是導致失效的另一重要原因設計者僅根據材料的常規(guī)性能指標做出決定，而這些指標根本不能反映材料對所發(fā)生的那種類型的失效的抗力12工作環(huán)境環(huán)境介質與零件失效環(huán)境介質包括氣體、液體、液體金屬、射線輻照、固體磨料和潤滑劑等。他們可能引起的零件失效情況列于表3-2中。

8、對于某一零件失效原因的準確判斷，必須充分考慮環(huán)境介質的影響。環(huán)境溫度與零件失效環(huán)境溫度可能引起的零件失效形式及分析思路列于圖3-2中。13工作環(huán)境表3-2環(huán)境介質與零件失效14工作環(huán)境圖3-2與溫度有關的零件失效的分析思路15材料性能與生產情況生產中的隨機因素非常多如毛坯生產中產生的缺陷和殘余應力、熱處理過程中材質的均勻性難保一致、機械加工對表面質量的影響等，裝配、搬運、儲存和堆放等，質量控制、檢驗的差異等，以上因素構成了影響應力和強度的隨