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機器零部件受到交變載荷或由於本身的旋轉而產生的隨時間周期性變化的應力稱為交變應力。

1 交變應力 -簡述

  交變應力:桿件上隨時間周期變化的應力。


  交變應力作用下構件的破壞稱疲勞破壞,持久極限是交變應力作用下經過無數次變化而不使構件產生破壞的最大應力值,是對構件疲勞強度計算的重要依據,對持久極限的討論在工程上有很重要的實際意義。

2 交變應力 -交變應力與疲勞失效

  實踐表明,即使低於屈服極限,這種交變應力也會引起構件的突然斷裂,且斷裂前無明顯的塑性變形。這種現象稱為疲勞失效。疲勞失效的原因是構件尺寸突變或內部缺陷部位的應力集中誘發微裂紋;在交變應力作用下,微裂紋不斷萌生、集結、溝通,形成宏觀裂紋並突然斷裂。


  對稱循環下構件疲勞強度計算的關鍵是確定其持久極限。持久極限除以安全係數得許用應力。如果構件危險點處的最大工作應力小於許用應力,則構件不會發生疲勞失效。


  構件承受交變應力的例子


  1)齒輪嚙合時齒根A點的彎曲正應力隨時間作周期性變化。


  2)火車輪軸橫截面邊緣上A點的彎曲正應力t隨時間作周期性變化。


  3)電機轉子偏心慣性力引起強迫振動樑上的危險點正應力隨時間作周期性變化。


  疲勞失效的機理


  
 交變應力引起金屬原子晶格的位錯運動→位錯運動聚集,形成分散的微裂紋→微裂紋沿結晶學方向擴展(大致沿最大剪應力方向形成滑移帶)、貫通形成宏觀裂紋→宏觀裂紋沿垂直於最大拉應力方向擴展,宏觀裂紋的兩個側面在交變載荷作用下,反覆擠壓、分開,形成斷口的光滑區→突然斷裂,形成斷口的顆粒狀粗糙區。


  疲勞失效的特點與原因


  
 


  構件在交變應力作用下失效時,具有如下特徵:


  1)破壞時的名義應力值往往低於材料在靜載作用下的屈服應力;


  2)構件在交變應力作用下發生破壞需要經歷一定數量的應力循環;


  3)構件在破壞前沒有明顯的塑性變形預兆,即使韌性材料,也將呈現「突然」的脆性斷裂金屬材料的疲勞斷裂斷口上,有明顯的光滑區域與顆粒區域。

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