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第八章 機器設備壽命估算
知識點四、疲勞壽命理論基本概念
(一)應力
1.內力:物體的一部分對另一部分的機械作用。
2.應力:應力就是單位面積上的內力。
σ:正應力,法向應力,與截面垂直,正應力表示零件內部相鄰兩截面間拉伸和壓縮的作用;
τ:切應力,剪應力,與截面平行,切應力表示相互錯動的作用,正應力和切應力的向量和稱為總應力。
正應力和切應力是度量零件強度的兩個物理量,常用單位是兆帕(MPa)。
(二)應變
1.應變是外力作用引起的形狀和尺寸的相對改變,是一個相對數。
2.當外力去掉以后,物體能完全恢復到原來的狀態(tài),那么這就叫做彈性應變;如果只能部分恢復到原來的狀態(tài),那么殘留下來的那一部分變形稱為塑性應變。
【提示】與正應力對應的是線應變,與切應力對應的是角應變。
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圖8-2所示為低碳鋼試棒在受軸向靜拉力時,軸向負荷P與絕對軸向變形Δl的關系曲線。
1.負荷較小時,材料的軸向變形與負荷成線性關系;負荷超過P p后,呈非線性關系。保持線性關系的最大負荷為比例極限負荷Pp.與該點相對應的應力稱為比例極限,用σp表示,也就是應力與應變?yōu)榫€性關系的最大應力。
2.負荷小于Pe時,材料的變形為彈性變形,大于Pe時則產生塑性變形,與該點相對應的應力為彈性極限σe.
3.當負荷增大到一定值時,在負荷不增加或減小的情況下,試樣還繼續(xù)伸長,這種現象叫屈服。屈服階段的最小負荷是屈服點的負荷P s,與之對應的應力稱為屈服極限,用σs表示。
【提示】對沒有出現明顯屈服現象的材料,用產生0.2%殘余變形的應力作為條件屈服極限。
4.當負荷達到一個最大值P b,試樣的某一截面開始急劇縮小,致使負荷下降,該負荷為強度極限負荷。與之相對應的應力稱為強度極限或抗拉強度,用σb表示。它是材料拉斷前的最大應力。
5.當負荷達到P K時,試樣斷裂。這個負荷稱為斷裂負荷。
【提示】屈服極限σ s、強度極限σb是評價材料靜強度的重要指標。
【小結】
比例極限 | 應力和應變、力和變形成線性關系的最大應力,用σp表示 |
彈性極限 | 保持彈性變形的最大應力,超過它就不再僅僅是彈性變形,還有塑性變形,用σe表示 |
屈服極限 | 開始出現屈服現象的應力,所謂屈服,就是負荷不再增加,但試件還在繼續(xù)伸長的這種現象。屈服極限用σs表示 |
強度極限 | 材料拉斷前的最大應力,也叫做抗拉強度,用σb表示 |
斷裂負荷 | 試件斷裂處的負荷 |
(四)許用應力
定義 | 許用應力是機械設計中,允許零件或構件承受的最大應力值?!?/td> |
公式 | 對于塑性材料(大多數結構鋼、鋁合金等): |
對于脆性材料(高強度鋼、鑄鐵等): |
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