機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)ppt課件.ppt

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1、6機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)9/21/20211強(qiáng)度與失效失效：產(chǎn)品不能完成預(yù)定功能強(qiáng)度：抵抗失效的能力承載變形振動(dòng)摩擦腐蝕……25機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)5.1常規(guī)機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)5.2抗疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)5.3損傷容限設(shè)計(jì)35.1常規(guī)機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)5.1.1機(jī)械強(qiáng)度的安全性判據(jù)5.1.2影響安全系數(shù)的因素5.1.3安全系數(shù)計(jì)算45.1.1機(jī)械強(qiáng)度的安全性判據(jù)應(yīng)力計(jì)算、實(shí)測(cè)許用應(yīng)力由材料、結(jié)構(gòu)及工況規(guī)定工作安全系數(shù)計(jì)算許用安全系數(shù)根據(jù)工況等規(guī)定55.1.2影響安全系數(shù)的因素零部件重要程度的影響：K1載荷及應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確程度的影響：K2不同失效形式的影響：K3應(yīng)力集中的影響：K4截面尺寸的影響：K5表面加工狀態(tài)的影響

2、：K6檢驗(yàn)質(zhì)量的影響：K76零部件重要程度系數(shù)：K17應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確度系數(shù)：K2計(jì)算公式準(zhǔn)確，所有作用力及應(yīng)力已知時(shí)，取K2=1.0；計(jì)算公式或圖表，使計(jì)算所得應(yīng)力較實(shí)際應(yīng)力高時(shí)，取K2=1.0；計(jì)算應(yīng)力較實(shí)際應(yīng)力低，根據(jù)兩者之差異，可選取K2=1.05—1.65；8失效形式影響系數(shù)：K3規(guī)定拉伸失效為理想失效，該失效形式下的強(qiáng)度極限為拉伸強(qiáng)度極限，K3=1.0；則在其它失效形式下，K3值分別為：塑性材料脆性材料疲勞破環(huán)9安全系數(shù)影響因素K4、K5、K6、K7K4：應(yīng)力集中系數(shù)K4=σmax/σnK5：截面尺寸增大系數(shù)K5=1/εK6：表面加工狀況系數(shù)K6=1/βK7：檢驗(yàn)質(zhì)量系

3、數(shù),抽檢1.15-1.30,逐個(gè)檢驗(yàn)1.05-1.15105.1.3安全系數(shù)計(jì)算靜應(yīng)力下安全系數(shù)塑性材料脆性材料115.1.3安全系數(shù)計(jì)算變應(yīng)力下安全系數(shù)交變應(yīng)力等應(yīng)力幅變應(yīng)力幅復(fù)合應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)非對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)力剪應(yīng)力12等應(yīng)力幅的安全系數(shù)—對(duì)稱循環(huán)強(qiáng)度判據(jù)疲勞極限有效值工作應(yīng)力幅13等應(yīng)力幅的安全系數(shù)—不對(duì)稱循環(huán)不對(duì)稱系數(shù)由下式求得1415變應(yīng)力幅的安全系數(shù)等幅當(dāng)量應(yīng)力按Miner準(zhǔn)則和S-N曲線求得16彎扭同時(shí)作用下的安全系數(shù)175.2抗疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)5.2.1疲勞破環(huán)及疲勞過程5.2.2金屬材料的疲勞特性5.2.3影響疲勞強(qiáng)度的因素5.2.4疲勞壽命設(shè)計(jì)185.2.1疲勞破環(huán)及

4、疲勞過程定義：材料或零構(gòu)件在循環(huán)載荷作用下產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展至斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞破環(huán)。與靜強(qiáng)度破環(huán)的主要區(qū)別：危險(xiǎn)截面局部危險(xiǎn)點(diǎn)變形過大微裂紋擴(kuò)展疲勞破環(huán)靜強(qiáng)度破環(huán)靜載破壞斷口疲勞破壞斷口19疲勞破環(huán)特點(diǎn)五大特點(diǎn)：低應(yīng)力性；突然性；時(shí)間性；敏感性；斷口的疲勞特性。20疲勞破環(huán)過程裂紋擴(kuò)展的第一階段裂紋成核階段微觀裂紋擴(kuò)展階段裂紋擴(kuò)展的第二階段宏觀裂紋擴(kuò)展階段斷裂階段疲勞裂紋形成階段（壽命Ni）疲勞裂紋擴(kuò)展階段（壽命Np）21疲勞的分類按疲勞失效周次：高周疲勞、低周疲勞；按應(yīng)力狀態(tài)分：?jiǎn)屋S疲勞、多軸疲勞；按載荷變化分：恒幅、變幅、隨機(jī)疲勞按研究對(duì)象分：材料疲勞、結(jié)構(gòu)疲勞按工作環(huán)境分：常

5、規(guī)疲勞、高溫、低溫、熱疲勞、腐蝕疲勞、接觸疲勞、沖擊疲勞、…225.2.2金屬材料的疲勞特性S-N曲線235.2.2金屬材料的疲勞特性疲勞極限線圖：將不同r下的疲勞極限畫到一個(gè)圖上史密斯疲勞極限線圖哈埃疲勞極限線圖0245.2.2金屬材料的疲勞特性循環(huán)應(yīng)力—應(yīng)變下的材料特性材料的循環(huán)硬化和循環(huán)軟化255.2.2金屬材料的疲勞特性循環(huán)應(yīng)力—應(yīng)變下的材料特性循環(huán)應(yīng)力—應(yīng)變曲線265.2.3影響疲勞強(qiáng)度的因素材料組織成分、結(jié)構(gòu)的影響；零部件形狀、尺寸和表面狀況的影響；工作載荷特性的影響；服役環(huán)境和條件的影響。275.2.3影響疲勞強(qiáng)度的因素1.應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中：外形突然變化或材料

6、不連續(xù)地方，常產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力理論應(yīng)力集中系數(shù)ασ、ατ：在彈性變化范圍內(nèi)材料的局部應(yīng)力峰值σmax與名義應(yīng)力σ之比有效應(yīng)力集中系數(shù)Kσ、Kτ：實(shí)際衡量應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度影響的系數(shù)285.2.3影響疲勞強(qiáng)度的因素2.尺寸影響尺寸效應(yīng)：疲勞強(qiáng)度隨零件尺寸增大而降低的現(xiàn)象尺寸系數(shù)εσ、ετ：一般零部件或試樣的疲勞極限與幾何相似的標(biāo)準(zhǔn)試樣的疲勞極限之比295.2.3影響疲勞強(qiáng)度的因素3.表面加工方法的影響不同表面加工的影響：表面加工系數(shù)β1、腐蝕系數(shù)β2、表面強(qiáng)化系數(shù)β3表面加工系數(shù)：某種加工表面的標(biāo)準(zhǔn)光滑試樣與磨光（國(guó)外為拋光）的標(biāo)準(zhǔn)光滑試樣疲勞極限之比305.2.4疲勞壽命設(shè)計(jì)1

7、.疲勞壽命設(shè)計(jì)的基本思想：疲勞累積損傷理論當(dāng)材料承受高于疲勞極限的應(yīng)力時(shí)，每一循環(huán)都使材料產(chǎn)生一定量的損傷，這種損傷能夠累積，當(dāng)損傷累積到某一臨界值時(shí)將產(chǎn)生破壞。Miner線性累積損傷理論相同應(yīng)變幅值和平均應(yīng)力的ni個(gè)應(yīng)變和應(yīng)力循環(huán)將按線性累加，造成ni/Ni的損傷，即消耗掉ni/Ni部分疲勞壽命；當(dāng)損傷按線性累加達(dá)到1時(shí)，疲勞破壞就發(fā)生了。315.2.4疲勞壽命設(shè)計(jì)Miner線性累積損傷理論基礎(chǔ)疲勞極限：σr條件疲勞極限：σrN以σi循環(huán)ni次造成的損傷：ni/Ni；各個(gè)不同σ