材料力學(xué)基礎(chǔ)知識重點.ppt
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材料力學(xué)基礎(chǔ)知識,提綱,1 材料力學(xué)與生產(chǎn)實踐的關(guān)系 2 材料力學(xué)的建立 3 緒論 3.1材料力學(xué)的研究對象 3.2材料力學(xué)的基本假設(shè) 3.3外力與內(nèi)力 3.4正應(yīng)力與切應(yīng)力 3.5正應(yīng)變與切應(yīng)變 3.6桿件的四種基本變形形式,提綱,4 軸向拉伸與壓縮 4.1引言 4.2軸力與軸力圖 4.3拉壓桿的應(yīng)力(平面假設(shè)) 4.4材料在拉伸與壓縮的力學(xué)性能 4.5失效、許用應(yīng)力 附錄 常用材料的力學(xué)性能,1、材料力學(xué)與生產(chǎn)實踐的關(guān)系,趙州橋(石拱橋)595-605年建,充分利用石料的壓縮強(qiáng)度,安瀾竹索橋(宋代建)(1964年改為鋼纜承托的索橋)充分利用竹材的拉伸強(qiáng)度,1、材料力學(xué)與生產(chǎn)實踐的關(guān)系,2、材料力學(xué)的建立,伽利略(G.Galileo)1638年提出計算梁強(qiáng)度的公式(但結(jié)論不正確),胡克(R.Hooke)1678年發(fā)表根據(jù)實驗得出的物理定律——胡克定律,2、材料力學(xué)的建立,通常所指金屬材料的性能包括以下兩個方面: 1.使用性能是為了保證機(jī)械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件等能正常工作,材料所應(yīng)具備的使用性能主要有力學(xué)性能(強(qiáng)度、硬度、剛度、塑性、韌性等)、物理性能(密度、熔點、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等),化學(xué)性能(耐蝕性、熱穩(wěn)定性等)。使用性能決定了材料的應(yīng)用范圍,使用安全可靠性和使用壽命。 材料力學(xué)的建立主要解決材料的力學(xué)性能,研究對象有 (1)強(qiáng)度 (2)剛度 (3)穩(wěn)定性 研究的參數(shù)包括,2、材料力學(xué)的建立,強(qiáng)度。(屈服強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度,抗彎強(qiáng)度,抗剪強(qiáng)度),如鋼材Q235,屈服強(qiáng)度為235MPa 塑性。一般用伸長率或斷面收縮率表示。如Q235伸長率為δ5=21-26 硬度。包括劃痕硬度,壓入硬度回跳硬度,如布氏硬度、維氏硬度、、洛氏硬度里氏硬度等等。 沖擊韌性。沖擊功ak,3、緒論 3.1材料力學(xué)的研究對象,1、構(gòu)件,2、構(gòu)件分類,,軸線,,,中面,3.1材料力學(xué)的研究對象,軸線: 中軸線、中心線。 橫截面:垂直于梁的軸向的截面形狀。 形心:截面圖形的幾何中心 。,對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求,Ⅰ. 具有足夠的強(qiáng)度——荷載作用下不斷裂,荷載去除后不產(chǎn)生過大的永久變形(塑性變形)構(gòu)件在外載作用下,抵抗破壞的能力。 例如儲氣罐不應(yīng)爆破。(破壞 —— 斷裂或變形過量不能恢復(fù)),3.1材料力學(xué)的研究對象,塑形變形示例,3.1材料力學(xué)的研究對象,Ⅱ. 具有足夠的剛度——荷載作用下的彈性變形不超過工程允許范圍。構(gòu)件在外載作用下,抵抗可恢復(fù)變形的能力。例如機(jī)床主軸不應(yīng)變形過大,否則影響加工精度。導(dǎo)軌、絲杠等。,3.1材料力學(xué)的研究對象,彈性變形,Ⅲ. 滿足穩(wěn)定性要求——對于理想中心壓桿是指荷載作用下桿件能保持原有形態(tài)的平衡。 構(gòu)件在某種外載作用下,保持其原有平衡狀態(tài)的能力。例如柱子不能彎等。,偏心受壓直桿,3.1材料力學(xué)的研究對象,3.2材料力學(xué)的基本假設(shè),1.連續(xù)性假設(shè):認(rèn)為整個物體體積內(nèi)毫無空隙地充 滿物質(zhì) (數(shù)學(xué)) 2.均勻性假設(shè):認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分,其力學(xué)性 能相同 (力學(xué)) 3.各向同性假設(shè):認(rèn)為在物體內(nèi)各個不同方向的力 學(xué)性能相同(物理) 4. 小變形假設(shè):指構(gòu)件在外力作用下發(fā)生的變形量遠(yuǎn)小 于構(gòu)件的尺寸,3.3外力與內(nèi)力,外力:,按外力作用的方式,體積力:是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點的力,如物體的自重和慣性力,面積力:,如油缸內(nèi)壁的壓力,水壩受到的水壓力等均為分布力,若外力作用面積范圍遠(yuǎn)小于構(gòu)件表面的尺寸,可作為作用于一點的集中力。如火車輪對鋼軌的壓力等,按時間,分布力:,集中力:,靜載:,動載:,緩慢加載(a≈0),快速加載(a≠0),或沖擊加載,內(nèi)力與截面法,內(nèi)力:物體內(nèi)部的相互作用力。由于載荷作用引起的內(nèi)力稱為附加內(nèi)力。簡稱內(nèi)力。內(nèi)力特點:引起變形,傳遞外力,與外力平衡。 截面法:將桿件假想地切成兩部分,以顯示內(nèi)力,稱為截面法。,3.3外力與內(nèi)力,應(yīng)用力系簡化理論,將上述分布內(nèi)力向橫截面的形心簡化,得 軸力 :Fx沿桿件軸線方向內(nèi)力分量,產(chǎn)生軸向(伸長,縮短) 剪力 :Fy、Fz使桿件產(chǎn)生剪切變形 扭矩 :Mx 力偶,使桿件產(chǎn)生繞軸線轉(zhuǎn)動的扭轉(zhuǎn)變形 彎矩 :My , Mz 力偶,使桿件產(chǎn)生彎曲變形,3.3外力與內(nèi)力,3.3外力與內(nèi)力,上述內(nèi)力及內(nèi)力偶矩分量與作用在切開桿段上的外力保持平衡,因此,由平衡方程 ΣFx=0,ΣFy=0,ΣFz=0 ΣMx=0,ΣMy=0,ΣMz=0,,3.4正應(yīng)力與剪(切)應(yīng)力,應(yīng)力單位:1Pa =1 N/m2 1M Pa = 1×106 N/m2 1G Pa = 1×109 N/m2,3.5正應(yīng)變與切應(yīng)變 一、形變: 形狀的改變。物體的形狀總可用它各部分的長度和角度來表示。因此物體的形變總可以歸結(jié)為長度的改變和角度的改變。 二、應(yīng)變: 應(yīng)變又可分為正應(yīng)變(線應(yīng)變)和切應(yīng)變兩種。每單位長度的伸縮稱為正應(yīng)變(線應(yīng)變),用ε(epsilon ,伊普西龍 ) 表示;各線段之間的直角的改變稱為切應(yīng)變(角應(yīng)變),用γ (gamma,伽馬)表示。,3.5正應(yīng)變與切應(yīng)變 線應(yīng)變ε 線應(yīng)變 —— 即單位長度上的變形量,無量綱,其物 物理意義是構(gòu)件上一點沿某一方向變形量的大小,,,3.5正應(yīng)變與切應(yīng)變 切應(yīng)變γ 切應(yīng)變 :即一點單元體兩棱角直角的改變 量,無量綱 彈性變形: 卸載時能夠消失或恢復(fù)的變形; 塑性變形: 卸載時不能消失或恢復(fù)的變形。,γ,,,,3.6桿件的四種基本變形形式,1.軸向拉伸或壓縮變形 受力特點:桿受一對大小相等,方向相反的縱向力 ,力的作用線與桿軸線重。 變形特點: 相鄰截面相互離開(或靠近),2.剪切變形 受力特點:桿受一對大小相等,方向相反的橫向力作用,力的作用線靠得很近。 變形特點: 相鄰截面相對錯動.,3.6桿件的四種基本變形形式,3.6桿件的四種基本變形形式,3.扭轉(zhuǎn)變形 受力特點: 桿受一對大小相等,方向相反的力偶,力 偶作用面垂直于桿軸線. 變形特點: 相鄰截面繞軸相對轉(zhuǎn)動.,4.彎曲變形 受力特點:桿受一對大小相等,方向相反的力 偶作用,力偶作用面是包含(或平行) 軸線的縱向面. 變形特點:相鄰截面繞垂直于力偶作用面的軸 線作相對轉(zhuǎn)動.,3.6桿件的四種基本變形形式,工程中常用構(gòu)件在荷載作用下的變形,大多為上述幾種基本變形形式的組合,純屬一種基本變形形式的構(gòu)件較為少見.但若以一種基本變形形式為主,其它屬于次要變形的,則可按這種基本變形形式計算.若幾種變形形式都非次要變形,則屬于組合變形問題.,3.6桿件的四種基本變形形式,4 軸向拉伸與壓縮 4.1引言,在不同形式的外力作用下,桿件的變形與應(yīng)力也相 應(yīng)不同。 軸向載荷:作用線沿桿件軸線的載荷 軸向拉壓:以軸向伸長或縮短為主要特征的變形形式 拉壓桿:以軸向拉壓為主要變形的桿件 軸向拉壓的受力特點:外力的合力作用線與桿的軸 線重合。 軸向拉壓的變形特點: 軸向拉伸:桿的變形是軸向伸長,橫向縮短。 軸向壓縮:桿的變形是軸向縮短,橫向變粗。,軸向壓縮,對應(yīng)的外力稱為壓力。,軸向拉伸,對應(yīng)的外力稱為拉力。,力學(xué)模型如圖,4.1引言,有一些直桿,受到兩個以上的軸向載荷作用,這種 桿仍屬于拉壓桿。,4.1引言,4.2軸力與軸力圖,一、軸力 在軸向載荷F作用下,桿件橫截面上的唯一內(nèi)力分量為軸 力FN,軸力或為拉力,或為壓力,為區(qū)別起見,通常規(guī)定 拉力為正,壓力為負(fù)。,正,負(fù),4.2軸力與軸力圖,二、軸力計算 如圖所示,平衡方程 ΣFx=0,F(xiàn)N1-2F=0 得AB段的軸力為 FN1=2F 對于BC段,由平衡方程 ΣFx=0,F(xiàn)-FN2=0 得BC段的軸力為 FN2=F,4.2軸力與軸力圖,以上分析表明,在AB與BC桿段內(nèi),軸力不同。為了形象地表示軸力沿桿軸(即桿件軸線)的變化情況,并確定最大軸力的大小及所在截面的位置,常采用圖線表示法。作圖時,以平行于桿軸的坐標(biāo)表示橫截面的位置,垂直于桿軸的另一坐標(biāo)表示軸力,于是,軸力沿桿軸的變化情況即可用圖線表示。 表示軸力沿桿軸變化情況的圖線,稱為軸力圖。例如上圖中的坐標(biāo)圖即為桿的軸力圖。,4.2軸力與軸力圖,例1 圖中所示為右端固定梯形桿,承受軸向載荷F1與F2作用,已知F1=20KN(千牛頓),F(xiàn)2=50KN,試畫桿的軸力圖,并求出最大軸力值。,解:(1)計算支反力 設(shè)桿右端的支反力為FR,則由整個桿的平衡方程 ΣFx=0,F(xiàn)2-FR=0 得 FR=F2-F1=50KN-20KN =30KN,,4.2軸力與軸力圖,(2)分段計算軸力 設(shè)AB與BC段的軸力 均為拉力,并分別用FN1與FN2表示,則可知 FN1=F1=20KN FN2=-FR=-30KN (3)畫軸力圖 |FN|max=30kN,4.3拉壓桿的應(yīng)力 拉壓桿橫截面上的拉力,現(xiàn)在研究拉壓桿橫截面上的應(yīng)力分布,即確定橫截面上各點 處的應(yīng)力。首先觀察桿的變形。如圖所示為一等截面直桿, 試驗前,在桿表面畫兩條垂直于桿軸的橫線1-1與2-2,然后 ,在桿兩端施加一對大小相等、方向相反的軸向載荷F。從 試驗中觀察到:橫線1-1與2-2仍為直線,且仍垂直于桿件軸 線,只是間距增大,分別平移至圖示1-1,2-2位置。,4.3拉壓桿的應(yīng)力 拉壓桿橫截面上的拉力,根據(jù)上述現(xiàn)象,對桿內(nèi)變形作如下假設(shè):變形后,橫截面仍保持平面且仍與桿軸垂直,只是橫截面間沿桿軸相對平移。此假設(shè)稱為拉壓桿的平面假設(shè)。 對于均勻性材料,如果變形相同,則受力也相同。,4.3拉壓桿的應(yīng)力 拉壓桿橫截面上的拉力,由此可見,橫截面上各點處僅存在正應(yīng)力б ,并沿截面均勻分布。 設(shè)桿件橫截面的面積為A,軸力為FN,則根據(jù)上述假設(shè)可知,橫截面上各點處的正應(yīng)力均為 б= FN /A 或 б= F /A 上式已為試驗所證實,適用于橫截面為任意形狀的等截面拉壓桿 由上式可知,正應(yīng)力與軸力具有相同的正負(fù)符號,即拉應(yīng)力為正,壓應(yīng)力為負(fù),4.3拉壓桿的應(yīng)力 斜截面上的應(yīng)力,,,以上研究了拉壓桿橫截面上的應(yīng) 力,為了更全面地了解桿內(nèi)的應(yīng) 力情況,現(xiàn)在研究橫截面上的應(yīng) 力。 考慮如圖,所示拉壓桿,利用截 面法,沿任一斜截面m-m將桿切 開,該截面的方位以其外法線與 x軸的夾角a表示。 由前述分析可知,桿內(nèi)各縱向纖 維的變形相同,因此,在截面m- m兩側(cè),各纖維的變形也相同。 因此,斜截面m-m上的應(yīng)力P沿 截面均勻分布。,4.3拉壓桿的應(yīng)力 斜截面上的應(yīng)力,根據(jù)上述分析,得桿左段的平衡方程為 PA/cosa-F=0 由此得 P=Fcosa/A=бcosa 式中,б=F/A,代表橫截面上的正應(yīng)力 將應(yīng)力P沿截面法向與切向分解,如圖,得斜截面上的正應(yīng)力與切應(yīng)力分別為 бa= Pcosa = бcos2a(橫截面a=0°處,正應(yīng)力最大) τa= Psina = бsin2a/2 (斜面a=45°,切應(yīng)力最大) 塑性材料拉伸試驗,斷面呈45°角,4.3拉壓桿的應(yīng)力 圣維南原理,當(dāng)作用在桿端的軸向外力 當(dāng)作用在桿端的軸向外力,沿橫截面非均勻分布時,外力作用點附近各截面的應(yīng)力,也未非均勻分布。但圣維南原理指出,力作用于桿端的分布方式,只影響桿端局部的應(yīng)力分布,影響區(qū)的軸向范圍離桿端1~2個桿的橫向尺寸。此原理已為大量試驗與計算所證實。例如,如圖所示,承受集中力F作用的桿,其截面寬度為h,在x=h/4與h/2的橫截面1-1與2-2上,應(yīng)力雖為非均勻分布,但在x=h的橫截面3-3,應(yīng)力則趨向均勻。因此,只要外力合力的作用線沿桿件軸線,在外力作用面稍遠(yuǎn)處,橫截面上的應(yīng)力分布均可視為均勻的。,,,,F,F,,,,1,2,3,4.3拉壓桿的應(yīng)力 圣維南原理,例2 在例1所示的階梯形圓截面桿,桿端AB與BC的直徑分別為d1=20mm,d2=30mm,試計算桿內(nèi)橫截面上的最大正應(yīng)力。,解:根據(jù)例1得,桿段AB與BC的 軸力分別為 FN1=20KN,F(xiàn)N2=-30KN AB段的軸力較小,但橫截面面積 也較小,BC段的軸力雖較大,但 橫截面面積也較大,因此,應(yīng)對 兩段桿的應(yīng)力進(jìn)行計算。,4.3拉壓桿的應(yīng)力 圣維南原理,由б=F/A可知,AB段內(nèi)任一橫截面的正應(yīng)力為 б1=FN1/A=4FN1/πd12 =4(20×103N)/π(20×10-3m)2 =6.37×107Pa=63.7MPa(拉應(yīng)力) 而BC段內(nèi)任一橫截面的正應(yīng)力則為 б2=FN2/A=4FN2/πd22 =4(-30×103N)/π(30×10-3m)2 =-4.24×107Pa=-42.4MPa(拉應(yīng)力) 可見,桿內(nèi)橫截面上的最大正應(yīng)力則為 бmax=б1=63.7MPa,4.3拉壓桿的應(yīng)力 圣維南原理,例3如圖所示軸向壓等截面桿,橫截面面積A=400mm2,載荷F=50kN,試求斜截面m-m上的正應(yīng)力與切應(yīng)力。 解:桿件橫截面上的正應(yīng)力為 б0=FN/A=-50×103N/400×10-6m2=-1.25×108Pa 可以看出,斜截面m-m的方位角為 a=50° 于是可知斜截面m-m上的正應(yīng)力與切應(yīng)力分別為 б50°=бcos2a=(-1.25×108Pa)cos250°=-5.16×107Pa=-51.6MPa τ50°=σsin2a /2=(-1.25×108Pa)sin100/2=-6.16×107Pa=-61.6M,4.4 材料在拉伸與壓縮時 的力學(xué)性能,圓截面試件,標(biāo)距與直徑的比例為:,4.4 材料在拉伸與壓縮時 的力學(xué)性能,,,1 、線性階段(ob段) oa段:為直線。比例極限 ?P ab段:不再是直線,在b點以下,卸載后變形可以完全恢復(fù)。 ? 彈性變形。b點的應(yīng)力:彈性極限 ?e.當(dāng)應(yīng)力超過 ?e 時,將產(chǎn)生塑性變形。,低碳鋼拉伸試驗應(yīng)力-應(yīng)變圖,,低碳鋼拉伸試驗應(yīng)力-應(yīng)變圖,2 、屈服階段(bc段) 屈服極限 ?s ? 強(qiáng)度的重要指標(biāo) 低碳鋼Q235的屈服應(yīng)力為235MPa,,低碳鋼拉伸試驗應(yīng)力-應(yīng)變圖,3、硬化階段(ce段) 恢復(fù)抵抗變形的能力??硬化。e點的應(yīng)力:強(qiáng)度極限 ?b.低碳鋼Q235的強(qiáng)度極限為380MPa 4、頸縮階段(ef段),,,5、卸載與再加載規(guī)律 卸載過程: dd’為直線。dd’ // oa。og=od’+d’g od’塑性形變,d’g彈性形變 卸載后再加載,先沿d'd 直線,然后沿def曲線。,低碳鋼拉伸試驗應(yīng)力-應(yīng)變圖,低碳鋼拉伸試驗,冷作硬化:材料進(jìn)入強(qiáng)化階段以后的卸載再加載歷史,使材料的比例極限提高,而塑性變形能力降低,這一現(xiàn)象稱為冷作硬化。,二、其它塑性材料拉 伸時的力學(xué)性能,名義屈服極限,與低碳鋼相比 共同之處: 斷裂破壞前經(jīng)歷較大 的塑性變形; 不同之處: 有的沒有明顯的四個 階段。,合金鋼20Cr 高碳鋼T10A 螺紋鋼16Mn 低碳鋼A3 黃銅H62,,對于沒有明顯的屈服 階段的塑性材料,工 程上規(guī)定: 用產(chǎn)生0.2 %塑性應(yīng)變時的應(yīng)力 作屈服指標(biāo),稱為名 義屈服極限,用?0.2 表示。,名義屈服極限,,?P0.2,材料在壓縮時的力學(xué)性能,E, ?s與拉伸 時大致相同。,因越壓越扁, 得不到 ?b 。,金屬的壓縮試件: 短圓柱,其高度與直徑之比為,1. 低碳鋼壓縮 時的? -? 曲線,1.5~3。,,2. 鑄鐵壓縮時的? -? 曲線,抗壓強(qiáng)度極 限比抗拉強(qiáng)度 極限高4~5倍。,破壞斷面與 軸線大約成 45?~55?的傾 角。,小結(jié),比例極限 ?P,彈性極限 ?e,屈服極限 ?s,強(qiáng)度極限 ?b,,材料的力學(xué)性能指標(biāo),塑性材料抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度相同。,脆性材料抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度。,彈性指標(biāo),強(qiáng)度指標(biāo),名義屈服極限 ?P0.2,4.5 失效、許用應(yīng)力,前述試驗表明,當(dāng)正應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限бb時,會引起斷裂;當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力бs時,將產(chǎn)生屈服或出現(xiàn)塑性變形。構(gòu)件工作時發(fā)生斷裂或顯著塑性變形,一般都是不容許的。所以,從強(qiáng)度方面考慮,斷裂時構(gòu)件破壞或失效的一種形式,同樣,屈服或出現(xiàn)顯著塑性變形,也是構(gòu)建失效的一種形式,一種廣義的破壞。 根據(jù)上述情況,通常將強(qiáng)度極限與屈服應(yīng)力統(tǒng)稱為材料的極限應(yīng)力,并用бu表示。對于脆性材料,強(qiáng)度極限為其唯一強(qiáng)度指標(biāo),因此以強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力;對于塑性材料,由于其屈服應(yīng)力小于強(qiáng)度極限,故通常以屈服應(yīng)力作為極限應(yīng)力。,4.5 失效、許用應(yīng)力,根據(jù)分析計算所得構(gòu)件之應(yīng)力,稱為工作應(yīng)力。在理想的情況下,為了充分利用材料的強(qiáng)度,擬可使構(gòu)件的工作應(yīng)力接近于材料的極限應(yīng)力。但實際上不可能,原因是:作用在構(gòu)件上的外力常常估計不準(zhǔn)確;構(gòu)件的外形與所受外力往往比較復(fù)雜,計算所得應(yīng)力通常均帶有一定程度的近似性;實際材料的組成與品質(zhì)等難免存在差異,不能保證構(gòu)件所用材料與標(biāo)準(zhǔn)試樣具有完全相同的力學(xué)性能,更何況由標(biāo)準(zhǔn)試樣測得的力學(xué)性能,本身也帶有一定分散性,這種差別在脆性材料中尤為顯著;等等。所有這些因素,都有可能使構(gòu)件的實際工作條件比設(shè)想的要偏于不安全的一面。除上述原因外,為了確保安全,構(gòu)件還應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度儲備,特別是對于因破壞將帶來嚴(yán)重后果的構(gòu)件,更應(yīng)給予較大的強(qiáng)度儲備。,4.5 失效、許用應(yīng)力,由此可見,構(gòu)件工作應(yīng)力的最大容許值,必須低于材料的極限應(yīng)力。對于由一定材料制成的具體構(gòu)件,工作應(yīng)力的最大容許值,稱為材料的許用應(yīng)力,并用[б]表示。許用應(yīng)力與極限應(yīng)力的關(guān)系為 [б]= бu/n 式中,n為大于1的因數(shù),稱為安全因數(shù)。 如上所述,安全因數(shù)是由多種因素決定的。各種材料在不同工作條件下的安全因數(shù)或許用應(yīng)力,可從有關(guān)規(guī)范或設(shè)計手冊中查到。在一般靜強(qiáng)度計算中,對于塑性材料,按屈服應(yīng)力所規(guī)定的安全因數(shù)ns,通常取為1.5~2.2;對于脆性材料,按強(qiáng)度極限所規(guī)定的安全因數(shù)nb,通常取為3.0~5.0,甚至更大。,4.5 失效、許用應(yīng)力,構(gòu)件在應(yīng)力作用下可能發(fā)生疲勞破壞,所以疲勞破壞也是構(gòu)件破壞或失效的一種形式。我們這里簡單的介紹一下疲勞破壞。 實踐表明,在交變應(yīng)力作用下的構(gòu)件,雖然所受應(yīng)力小于材料的靜強(qiáng)度極限,但經(jīng)過應(yīng)力的多次重復(fù)后,構(gòu)件將產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂,而且,即使是塑性很好的材料,斷裂時也往往無顯著地塑性變形。在交變應(yīng)力作用下,構(gòu)件產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞,簡稱疲勞。如傳動軸疲勞破壞會出現(xiàn)斷口光滑區(qū)和粗粒狀區(qū)。,4.5 失效、許用應(yīng)力,此外,由于近代測試技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn),在疲勞斷裂前,在斷口位置早就出現(xiàn)了細(xì)微裂紋,而且,裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加而擴(kuò)展。 根據(jù)長期的試驗與研究,人們對疲勞的過程與機(jī)理,逐漸形成明確看法。原來,當(dāng)循環(huán)應(yīng)力的大小超過一定限度并經(jīng)歷了足夠多次的交替重復(fù)后,在構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力最大或材質(zhì)薄弱處,將產(chǎn)生細(xì)微裂紋(即所謂疲勞源),這種裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加而不斷擴(kuò)展,并逐漸形成為宏觀裂紋。在擴(kuò)展過程中,由于應(yīng)力循環(huán)變化,裂紋兩表面的材料時而擠壓,時而分離,或時而正向交錯,時而反向交錯,從而形成斷口的光滑區(qū)。另一方面,由于裂紋不斷擴(kuò)展,當(dāng)達(dá)到其臨界長度時,構(gòu)件將發(fā)生突然斷裂,斷口的粗粒狀區(qū)就是突然斷裂造成的。因此,疲勞破壞過程可理解為疲勞裂紋萌生、逐漸擴(kuò)展與最后斷裂的過程。,4.5 失效、許用應(yīng)力,以上分析表明,構(gòu)件發(fā)生斷裂前,既無明顯塑性變形,而裂紋的形成與擴(kuò)展不易及時發(fā)現(xiàn),因此,疲勞破壞常常帶有突發(fā)性,往往造成嚴(yán)重后果。據(jù)統(tǒng)計,在機(jī)械與航空等領(lǐng)域中,大部分損傷事故是疲勞破壞所造成的。因此,對于承受循環(huán)應(yīng)力的機(jī)械設(shè)備與結(jié)構(gòu),應(yīng)該十分重視其疲勞強(qiáng)度問題。,附錄 常用材料的力學(xué)性能,謝謝大家,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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