安徽工程大学820机械设计练习题

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第二章 机械零件的强度
重要基本概念
1．疲劳破坏及其特点
疲劳破坏：在远低于材料抗拉强度极限的交变应力作用下工程材料发生破坏。
疲劳破坏的特点：1）在循环变应力多次反复作用下发生；2）没有明显的塑性变形；3）所受应
力远小于材料的静强度极限；4）对材料组成、零件形状、尺寸、表面状态、使用条件和工作环境敏
感。具有突发性、高局部性和对缺陷的敏感性。
2．疲劳破坏与静强度破坏的区别，强度计算的区别
静强度破坏是由于工作应力超过了静强度极限，具体说，当工作应力超过材料的屈服极限就发
生塑性变形，当超过强度极限就发生断裂。而疲劳破坏时，其工作应力远小于材料的抗拉强度极限，
其破坏是由于变应力对材料损伤的累积所致。交变应力每作用一次，都对材料形成一定的损伤，损
伤的结果是形成小裂纹。这种损伤随着应力作用次数的增加而线性累积，小裂纹不断扩展，当静强
度不够时发生断裂。
静强度计算的极限应力值是定值。而疲劳强度计算的极限应力是变化的，随着循环特性和寿命
大小的改变而改变。
3．影响机械零件疲劳强度的因素
影响机械零件疲劳强度的因素主要有三个：应力集中、绝对尺寸和表面状态。
应力集中越大，零件的疲劳强度越低。在进行强度计算时，引入了应力集中系数
σ
k来考虑其影
响。当零件的同一剖面有几个应力集中源时，只取其中（应力集中系数）最大的一个用于疲劳强度
计算。另外需要注意：材料的强度极限越高，对应力集中越敏感。
零件的绝对尺寸越大，其疲劳强度越低。因为绝对尺寸越大，所隐含的缺陷就越多。用绝对尺
寸系数
σ
ε
考虑其影响。
零件的表面状态直接影响疲劳裂纹的产生，对零件的疲劳强度非常重要。表面越粗糙，疲劳强
度越低。表面强化处理可以大大提高其疲劳强度。在强度计算中，有表面状态系数
β
来考虑其影响。
需要注意：这三个因素只影响应力幅，不影响平均应力，因此不影响静强度。
4．线性疲劳损伤累积的主要内容
材料在承受超过疲劳极限的交变应力时，应力每循环作用一次都对材料产生一定量的损伤，并
且各个应力的疲劳损伤是独立进行的，这些损伤可以线性地累积起来，当损伤累积到临界值时，零
件发生疲劳破坏。
精选例题与解析
例 2-1 某轴受稳定交变应力作用，最大应力 max
σ
=250 MPa，最小应力 min
σ
= -50 MPa，已知轴
的材料为合金调质钢，其对称循环疲劳极限 1−
σ
=450MPa，脉动循环疲劳极限 0
σ
=700MPa，屈服极
限S
σ
=800MPa，危险截面的
σ
k=1.40，
σ
ε
=0.78，
β
=0.9，试求：
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