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(二)應(yīng)變：應(yīng)變是外力作用引起的形狀和尺寸的相對(duì)改變。 與正應(yīng)力和切應(yīng)力相對(duì)應(yīng)，應(yīng)變分為線應(yīng)變和角應(yīng)變。當(dāng)外力卸除后，物體能夠全部恢復(fù)到原來狀態(tài)的應(yīng)變，稱為彈性應(yīng)變;如只能部分地恢復(fù)到原來狀態(tài)，其殘留下來的那一部分稱為塑性應(yīng)變。

(三)材料強(qiáng)度

圖8-2所示為低碳鋼試棒在受軸向靜拉力時(shí)，軸向負(fù)荷P與絕對(duì)軸向變形Δl的關(guān)系曲線。

負(fù)荷較小時(shí)，材料的軸向變形與負(fù)荷成線性關(guān)系;負(fù)荷超過Pp后，呈非線性關(guān)系。保持線性關(guān)系的最大負(fù)荷為比例極限負(fù)荷Pp。與該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限，用σp表示，也就是應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)榫€性關(guān)系的最大應(yīng)力。

圖8-2 低碳鋼的拉伸圖

負(fù)荷小于Pe時(shí)，材料的變形為彈性變形，大于Pe時(shí)則產(chǎn)生塑性變形，與該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限σe。

當(dāng)負(fù)荷增大到一定值時(shí)，在負(fù)荷不增加或減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長，這種現(xiàn)象叫屈服。屈服階段的最小負(fù)荷是屈服點(diǎn)的負(fù)荷Ps，與之對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服極限，用σs表示。

對(duì)沒有出現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的材料，用產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力作為條件屈服極限。

當(dāng)負(fù)荷達(dá)到一個(gè)最大值Pb，試樣的某一截面開始急劇縮小，致使負(fù)荷下降，該負(fù)荷為強(qiáng)度極限負(fù)荷。與之相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，用σb表示。它是材料拉斷前的最大應(yīng)力。

當(dāng)負(fù)荷達(dá)到PK時(shí)，試樣斷裂。這個(gè)負(fù)荷稱為斷裂負(fù)荷。

屈服極限σs、強(qiáng)度極限σb是評(píng)價(jià)材料靜強(qiáng)度的重要指標(biāo)。

小結(jié)：

比例極限：應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系的最大應(yīng)力σp。

彈性極限：保持彈性變形的最大應(yīng)力σe 。

彈性變形：外力去除后，能夠全部恢復(fù)的變形;塑性變形：外力去除后，不能恢復(fù)的那一部分變形，即殘留的變形。

屈服極限σs：開始出現(xiàn)屈服現(xiàn)象的應(yīng)力。

屈服：負(fù)荷不增加，甚至減小時(shí)，試件繼續(xù)伸長的現(xiàn)象。對(duì)沒有出現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的材料，用產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力作為條件屈服極限。

強(qiáng)度極限σb：材料拉斷前的最大應(yīng)力。也稱為抗拉強(qiáng)度。

屈服極限和強(qiáng)度極限是評(píng)價(jià)材料靜強(qiáng)度的重要指標(biāo)。

試件斷裂時(shí)的負(fù)荷，稱為斷裂負(fù)荷Pk 。

(四)許用應(yīng)力

許用應(yīng)力是機(jī)械設(shè)計(jì)中，允許零件或構(gòu)件承受的最大應(yīng)力值。

零件或構(gòu)件在工作中所承受的最大應(yīng)力如果小于等于許用應(yīng)力就是安全的。否則就是不安全的。

許用應(yīng)力等于考慮各種影響因素后經(jīng)適當(dāng)修正的材料失效應(yīng)力除以安全系數(shù)。

對(duì)于塑性材料(大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼、鋁合金等)，

σs——材料的屈服極限

ns——安全系數(shù)

對(duì)于脆性材料(高強(qiáng)度鋼、鑄鐵等)，

例8-3：45號(hào)鋼制圓桿承受拉伸載荷 ，材料的屈服極限

安全系數(shù) nS = 4，試計(jì)算該圓桿的直徑。

解：

可取圓桿的直徑為30 mm

疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)中用疲勞極限，公式為：n=σrk/σmax≥　[n]

[n]——許用安全系數(shù)

σmax——最大應(yīng)力

σrk——零件的疲勞極限

二、疲勞及疲勞壽命

疲勞損傷發(fā)生在受交變應(yīng)力(或應(yīng)變)作用的零件和構(gòu)件，如起重機(jī)的橋架和其他結(jié)構(gòu)件、壓力容器、機(jī)器的軸和齒輪等，它導(dǎo)致零件或構(gòu)件的過大變形或斷裂。

零件和構(gòu)件在低于材料屈服極限的交變應(yīng)力(或應(yīng)變)的反復(fù)作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)以后，在應(yīng)力集中部位萌生裂紋。裂紋在一定條件下擴(kuò)展，最終突然斷裂，這一失效過程稱為疲勞破壞。

材料在疲勞破壞前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)稱為疲勞壽命。

根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分為高周疲勞和低周疲勞，在機(jī)械工程中最常見的疲勞是高周疲勞。

三、疲勞壽命曲線

應(yīng)力壽命曲線(σ—N曲線)或應(yīng)變壽命曲線(δ—N曲線)，統(tǒng)稱為S — N 曲線。圖8-3所示為以最大應(yīng)力σmax的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，疲勞壽命N(應(yīng)力循環(huán)數(shù))的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的S—N曲線，

曲線的斜直線部分可以用下面的方程表示

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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