第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理分解

一、 螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接，结构简单，拆装方便，适用范围广。

二、 螺纹的种类及主要参数：根据螺纹线绕行方向的不同，螺纹分为右旋和左旋，一般用右旋；根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状的不同，分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和管螺纹；螺纹又分为内螺纹和外螺纹，二者旋合组成螺纹副或称螺旋副；根据母体的形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。

圆柱螺纹的主要参数d （D ）螺纹大径，是螺纹的公称直径如M8表示d=8mm ；d 1（D 1）螺纹小径，常用于计算螺纹强度；d 2（D 2）螺纹中径，用于计算效率、升角、自锁的基准。

（外螺纹各直径用小写字母表示，内螺纹各直径用大写字母表示）；p 螺距，螺纹上相邻两牙对应点轴向距离；n 线数，沿一条螺纹线形成的螺纹，成为单线螺纹，沿两条、三条或多条螺纹线形成的螺纹，成文双线、三线或多线螺纹；s 导程，任一点沿同一条螺纹线转一周的轴向位移，s=np ；ψ螺纹的螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，即22tan s np d d ψππ==；α牙形角，β牙形斜角，在对称牙形中2αβ=；h 工作高度，三、1. 三角螺纹的牙形角260αβ==o ，因牙形斜角β大，所以当量摩擦因素大，自锁性好，主要用于连接，这种螺纹分为粗牙和细牙，一般多用粗牙螺纹。

公称直径相同时细牙螺纹的螺距较小、牙细，内经和中径较大，升角较小，因为自锁性好，对螺纹零件的强度削弱小，但磨损后易滑扣。

细牙螺纹常用于薄壁和细小零件上或承受变载、冲击振动的连接及微调装置中。

2.举行螺纹牙形为正方形，牙形斜角0β=o。

所以当量摩擦角小，效率高，用于传动；但由于制造困难，螺母和螺杆同心度差，牙根强度弱，常被梯形螺纹代替。

3.梯形螺纹的牙形角230αβ==o，与矩形螺纹相比，效率略低，但牙根强度较高，易于制造，在螺旋传动中应用较为普遍。

4.锯齿形螺纹工作边的牙形斜角3β=o，传动效率高，便于加工，非工作边的牙形斜角30β=o。

金属材料的力学性能-疲劳强度疲劳强度：机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。

在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。

疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。

实际上，金属材料并不可能作无限多次交变载荷试验。

一般试验时规定，钢在经受107次、非铁（有色）金属材料经受108次交变载荷作用时不产生断裂时的最大应力称为疲劳强度。

疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。

据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。

哈尔滨工业大学 如果考虑构件初始缺陷的影响，并将构件各种初始缺陷等效 为跨中最大初弯曲v0（表示综合缺陷）。假定等效初弯曲为 正弦曲线，可得考虑二阶效应后由初弯曲产生最大弯矩为：
Mxmax2
Nv0 = 1− N NEx
因此构件跨中最大弯矩为上二项之和，根据边缘屈服准则， 截面最大应力应满足：
N Mxmax1 + Mxmax2 N βmx Mx + Nv0 + = + = fy A W A W x (1− N NEx ) 1x 1
钢结构设计原理
哈尔滨工业大学
4) 单向压弯构件的弯矩作用平面外的弯扭失稳
变形特点：无初始缺陷的杆件：压力小时只有平面内挠度； 压力达Ncr后，会突然产生弯矩作用平面外的弯曲变形u和扭 转位移θ。有初始缺陷的杆件：加载之初，就有较小的侧向 位移u和扭转位移θ，并随荷载增加而增加，当达到某一极限 荷载之后，位移u和θ增加速度很快，构件失去了稳定。
1) 极限荷载计算法
解析法是在一定假定基础上，通过理论方法求得平面内稳定 承载力Nux 的解析解。一般受限于初始假设、且表达式复杂， 使用不方便。 数值法可得到Nux 的数值解，可以考虑几何缺陷和残余应力 影响，适用于各种边界条件以及弹塑性工作阶段，是最常用 的方法。详见钢结构稳定理论。
钢结构设计原理
钢结构设计原理
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2) 弯矩的产生
轴心力的偏心作用； 端弯矩作用； 横向荷载作用。
钢结构设计原理
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3) 拉弯、压弯构件的实际应用
有节间荷载作用的桁架上下弦杆； 受风荷载作用的墙架柱； 工作平台柱、支架柱； 单层厂房结构及多高层框架结构中的柱。
4) 拉弯、压弯构件的截面形式

148第6章 结构件及连接的疲劳强度随着社会生产力的发展，起重机械的应用越来越频繁，对起重机械的工作级别要求越来越高。

《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定，应计算构件及连接的抗疲劳强度。

对于结构疲劳强度计算，常采用应力比法和应力幅法，本章仅介绍起重机械常用的应力比法。

6.1 循环作用的载荷和应力起重机的作业是循环往复的，其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷，在结构或连接中产生的应力是变幅循环应力，如图6-1所示。

起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。

起重机工作过程中每个工作循环中应力的变化都是随机的，难以用实验的方法确定其构件或连接的抗疲劳强度。

然而，其结构或连接在等应力比的变幅循环或等幅应力循环作用下的疲劳强度是可以用实验的方法确定的，对于起重机构件或连接的疲劳强度可以用循环记数法计算出整个循环应力中的各应力循环参数，将其转化为等应力比的变幅循环应力或转化为等平均应力的等幅循环应力。

最后，采用累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。

6.1.1 循环应力的特征参数 (1) 最大应力一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用max σ表示。

(2) 最小应力一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用min σ表示。

(3) 整个工作循环中最大应力值构件或连接整个工作循环中最大应力的数值，用max ˆσ表示。

(4) 应力循环特性值一个循环中最小应力与最大应力的比值，用minmaxr σσ=表示。

(5) 循环应力的应力幅一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用σ∆表示。

149,r i i N σ-曲线max min max (1)r σσσσ∆=-=-(6) 应力半幅一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值的一半，用a σ来表示。

max min /2a σσσ=-(7) 应力循环的平均值一个循环中最大的应力与最小的应力的和的平均值，用m σ表示。

图5－11
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● 三、 过载持久值及过载损伤界 ●研究意义： ●过去人们一直认为，承受交变载荷作用的机件
按-1确定许用应力是安全的，但是没有考虑特
殊情况。实际上，机件在服役过程中不可避免 地要受到偶然的过载荷作用，如汽车的急刹车、 突然启动等。还有些机件不要求无限寿命，而 是在高于疲劳极限的应力水平下进行有限寿命 的服役。在这些情况下，仅依据材料的疲劳极 限是不能全面准确评定材料的抗疲劳性能的， 所以我们要了解过载持久值和过载损伤界。
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规则周期变动应力（循环应力） 无规则随机变动应力
变动应力如图5－1 所示。
生产中机件正常工作 时，其变动应力多为循 环应力，实验室也容易 模拟，所以研究较多。
应力大小变化
应力大小、方向无规则变化
应力大小、方向都变化
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图5－1 变动应力示意图
σ
r=0 r=–1
r=–∞
1 1
2
2
8
3
3 5 7 9
4
46
5
6
10 12 14
11 13
水平下进行，如图5－8所示。
图5－8 升降法测定疲劳极限示意图
原则是：凡前一个试样达不到规定的循环周次就断裂(用
表示)，则后一个试样就在低一级应力水平下进行试验；若
前一个试样在规定循环周次下仍然未断(用 表示)，则后一个
试样就在高一级应力水平下进行，如此得到13个以上的有效
●本章主要介绍:
● 金制 属。 疲介 劳绍 的估 基算 本裂 概纹 念形 和成 一寿 般命 规的 律方 。法 疲。 劳 失 效 的 过 程 和 机
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第一节疲劳破坏的一般规律

第7章 拉弯、压弯构件
7.1.3 计算内容
拉弯构件： 承载能力极限状态：强度
正常使用极限状态：刚度
压弯构件： 强度
承载能 力极限 状态
稳定
正常 使用 极限 状态
刚度
实腹式
整体稳定 局部稳定
平面内稳定 平面外稳定
格构式
弯矩作用在实轴上 弯矩作用在虚轴上 (分肢稳定)
maxmaxx,y []
[] 取 值 同 轴 压 构 件 。
压弯构件弯矩作用平面外失稳——当构件在弯
矩作用平面外没有足够的支撑以阻止其产生侧
向位移和扭转时，构件可能发生弯扭屈曲（弯
扭失稳）而破坏，这种弯扭屈曲又称为压弯构
NN
件弯矩作用平面外的整体失稳；对于理想的压
弯构件，它具有分枝点失稳的特征。
双向压弯构件的失稳——同时产生双向弯 曲变形并伴随有扭转变形属弯扭失稳。
xN AfyW1x1m xxM Nx/NEx1 （7.3.6）
上述边缘屈服准则的应用是用应力问题的表达式来剪力 稳定问题的相关公式
第7章 拉弯、压弯构件
3.压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式
考虑抗力分项系数后，规范设计公式
（1）按边缘屈服准则
N xAW 1x1m xxM Nx/NE xf
N E x
引入塑性发展系数，即：
N Mx 1
Np xMex
（7.2.7）
—塑性发展系数，其值与截面的形式、塑性区的深度有关。
一般控制塑性发展深度≤0.15h。
第7章 拉弯、压弯构件
塑性发 展系数 的取值
第7章 拉弯、压弯构件
7.2.2 拉弯、压弯构件强度与刚度计算
1.单向拉弯、压弯构件强度计算公式

S
同样分析方法：
按应力始终小于强度这一条件计算。干涉区内任取
一点δ1，则：
P[(1
d
2
)
(1
d
2
)]
g(1)d
P(S 1)
1 f (S )dS
R P(S ) g( )[ f (S)dS]d
■理论要点:
可靠性设计
• 应力:导致失效的任何因素; 强度:阻止失效发生的任何因素。
• 应力f(s),强度g(δ), 量纲相同，可放在同一坐标系中。
解： 当零件强度标准差为81MPa时
z S 850 380 470 5.1512

2
2 S
422 812 91.2414
R 1(z) 1(5.1512) (5.1512) 0.9999999
当零件强度标准差为120MPa时
可靠性设计
z S 850 380 470 3.6968
2
1
z2
e 2 dz
2
例6－1 已知某零件的工作应力及材料强度均为正态分
布，且应力的均值μS=380MPa,标准差σS=42MPa,材料 强度的均值为850MPa，标准差为81MPa。
可靠性设计
试确定零件的可靠度。另一批零件由于热处理不佳及 环境温度的较大变化，使零件强度的标准差增大至 120MPa。问其可靠度如何？
R
exp
1 2
2s
2 s 2
5
指数
es
正态
N , 2
R 1 exp
1 2
2 s
s2 2
6
指数
es
,
R
1
s
可靠性设计
第三节 机械静强度的可靠性设计

第六章绞车钢丝绳及连接装置第一节钢丝绳的结构和选用一、绞车钢丝绳的结构及常用规格钢丝绳是由一定形状和大小的多根钢丝捻制成股，然后再由若干股绕绳心捻制成螺旋形状的钢丝绳。

在由钢丝捻成绳时，一般有股芯，股芯可以由不同断面形状的钢丝组成；在由绳股捻制成绳时要有绳芯，绳芯分金属绳芯和纤维绳芯两种，金属绳芯由钢丝组成，纤维绳芯常采用黄麻制成，但也有使用剑麻的，因我国剑麻极少，所以一般未用，但剑麻制成的绳芯具有较大的抗挤压和抗损坏性能。

目前，我国已开始研究和采用合成纤维绳芯。

钢丝绳使用过程中，绳芯是极其重要的组成部分，它不仅支持绳股，保持钢丝绳的断面形状，减少钢丝的挤压和变形，而且还可降低绳股间钢丝的接触应力；在钢丝绳弯曲时，允许绳间和钢丝间有相对移动，以缓和弯曲应力，使钢丝绳富有弹性；由于可贮存润滑油，可预防钢丝绳内部钢丝锈蚀并减少钢丝间摩擦。

捻制钢丝绳的钢丝，为优质碳素结构圆钢冷拔而成的，直径一般为0.4～4mm，直径过细或过粗都不利于钢丝绳的使用，过细则易磨损，过粗则难以保证抗弯疲劳性能，钢丝绳的抗拉强度一般为1 400～2 000 MPa。

倾斜井巷提升绞车一般用1 470～1 870 MPa的几种钢丝绳，钢丝的抗拉强度越大，同样直径的钢丝绳可以承受的载荷越大，但其弯曲疲劳性能就有所降低。

为了增加钢丝绳的抗腐蚀能力，钢丝表面可以镀锌，用镀锌钢丝制造的钢丝绳称镀锌钢丝绳，未镀锌的钢丝制造的钢丝绳称为光面钢丝绳。

钢丝绳一般有以下几种分类方式：（一）按捻制方向分（1）按绳一股两者关系分右捻钢丝绳：绳中各股按右螺旋方向捻制成绳，记号Z。

左捻钢丝绳：绳中各股按左螺旋方向捻制成绳，记号S。

（2）按绳一股一丝三者关系分同向捻（顺捻）钢丝绳：钢丝在股中的捻向与股在绳中的捻向相同。

交互捻（逆捻）钢丝绳：钢丝在股中的捻向与股在绳中的捻向相反。

钢丝绳的捻向如图6—1所示。

（a）右交互捻；（b）左交互捻；（c）右同向捻；（d）左同向捻（二）按股内不同层钢丝与钢丝接触方式分（1）点接触钢丝绳：股内相邻层间的钢丝成点接触，一般是由直径相同的钢丝捻制制而成（常说的普通钢丝绳），如图6—2所示，因为钢丝间接触面积很小，所以接触应力很大，因此使用寿命短。

材料选择：根据海洋环境条件选择合适的材料，如Q345D、Q345R等高强 度钢材
制造工艺：采用先进的焊接工艺，确保导管架的焊接质量；采用机械加工 方法，确保导管架的精度和尺寸要求
防腐处理：对导管架进行表面处理，如喷砂、喷锌等，以提高其耐腐蚀性 能
质量检验：对导管架进行严格的质量检验，确保其符合相关标准和规范要 求
导管架制造 工艺优化： 采用先进的 制造工艺和 技术，提高 导管架的制 造质量和效 率
导管架安装 和维护方案： 制定合理的 安装和维护 方案，确保 导管架的安 全和稳定运 行
导管架的加固措施与改进建议
增加支撑结构：通过增加支撑结构，提高导管架的刚度和稳定性。
加强连接部位：对连接部位进行加强，提高其承载能力和抗疲劳性 能。 优化材料选择：选择高强度、轻质、耐腐蚀的材料，提高导管架的强 度和寿命。
安装后的检查与验收标准
检查导管架式平台的结构完整性 确认所有连接件牢固可靠 检查平台上的设备、设施是否完好 对导管架式平台进行负载测试，确保其承载能力符合设计要求
导管架式平台的维护与保养建议
定期检查与维护计划制定
定期检查内容： 检查导管架式平 台的结构、设备、 管道等是否完好 无损，确保安全 运行
施工现场布置：合理规划施工现场，设置安全警示标志和安全设施，确保 施工现场的安全和整洁。
施工前检查：对导管架式平台的结构、材料和设备进行全面检查，确保其 符合设计要求和相关标准，及时发现并处理潜在的问题。
安装过程中的安全措施与质量控制
严格遵守安全操作规程，确保施工人员安全 对导管架式平台进行全面检查，确保符合设计要求 安装过程中，应采取相应的防护措施，防止意外发生 加强质量监管，确保安装质量符合标准要求
导管架式平台 常见故障：结 构变形、设备 损坏、电气故

组合式大型压力机横梁强度刚度分析提纲：第一章：绪论1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容及研究方法1.4 论文结构第二章：组合式大型压力机的横梁结构2.1 横梁的结构及组成部分2.2 横梁的工作原理2.3 横梁的应力状态分析第三章：横梁的强度计算3.1 横梁的受力分析3.2 横梁的静力学计算3.3 横梁的疲劳强度计算第四章：横梁的刚度计算4.1 横梁刚度计算的基本方法4.2 横梁的刚度计算分析4.3 横梁的刚度检验第五章：实验研究5.1 实验设计5.2 实验方法5.3 实验结果分析第六章：总结与展望6.1 研究成果总结6.2 存在问题及改进方向6.3 研究的创新点6.4 展望未来工作方向和挑战参考文献附录第一章：绪论1.1 研究背景与意义近年来，随着工业化进程的加速和科技创新的不断推进，大型压力机的应用越来越广泛，其中组合式大型压力机占据了很大的市场份额。

组合式大型压力机由多个单元组合而成，能够完成多种不同的成型工艺。

而组合式大型压力机横梁作为该机器的重要结构组件，在承受压力和应力的同时，也要保证足够的刚度和稳定性。

因此，针对组合式大型压力机横梁的强度和刚度分析研究，具有重要的现实意义。

1.2 国内外研究现状国内外对于大型压力机横梁的研究主要集中在以下几个方面：横梁结构的设计、强度分析、刚度分析、疲劳寿命预测和试验验证等。

在结构设计方面，国外已经采用了许多新型设计方案和材料，如采用复合材料制造横梁、采用双层结构设计等。

在强度分析方面，主要采用有限元分析方法进行强度计算。

在刚度分析方面，主要采用模态分析和振动实验的方法进行刚度验证。

1.3 研究内容及研究方法本文旨在通过对组合式大型压力机横梁的强度和刚度分析，为其优化设计提供理论基础和技术支持。

具体研究内容包括：组合式大型压力机横梁结构的分析、横梁的强度计算、横梁的刚度计算、实验研究和相关技术探索等。

研究方法主要包括有限元分析、理论计算和实验验证等。

(D.0.2-2)
Nty ——计算车道所在行车方向上的年总交通量（预测年）； p——重车在总交通量中所占的比率，当无可靠数据时可参考表D.0.2取值；
j——在该行车方向上慢车道与主车道数量和。
交通等级
表D.0.2 重车数量占总交通量的比率p
1 港口、矿区等以货运为主功能的高速公路或一级公路
80%
2 其它高速公路或一级公路
g
交通流量，系数g2
g2
=
Q0 480
Nly 0.5106
1
5
Q0——疲劳荷载模型车总重，模型II为445kN；模型III为480kN
Nty——慢车道或主车道的重车(总重大于10吨)年交通量（预测年），应通过对近 似交通状态道路进行交通调查得到，当无可靠数据时可参考下式计算：
Nly
0.95pNy j
40%
3 二级公路
20%
4 三、四级公路
10%
5.5.5(5.5.6) 有限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型II, III）
g
设计寿命，影响系数g3
g3 tLD /10015 tLD——构件的设计使用寿命(年)
多车道效应系数g4
➢ 疲劳荷载计算模型II
g h h h h h h 4 1N N 1 2 1 2 5 N N 1 j 1 j 5 N N 1 k 1 k 5 1/5
N
L
D
NNCC21(mm2)
D D L
L
N
L
m 和C1、C2均为常数。D称为“常幅疲劳极 限”；L称为“截止极限” ，钢结构m≈3
Nc=2×106
ND
疲劳曲线示意图
NL ogN
影响因素：钢材种类、构造细节、加工制作方法、应力状态、细节的初始缺 陷与残余应力、应力集中程度 、

疲劳寿命分析方法摘要：本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况,重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。

疲劳是一个既古老又年轻的研究分支，自Wohler将疲劳纳入科学研究的范畴至今，疲劳研究仍有方兴未艾之势，材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。

疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一，从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。

金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert在1829年前后完成的。

他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。

1843年，英国铁路工程师W.J.M.Rankine对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。

1852年-1869年期间，Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。

他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下，其强度人大低于它们的静载强度，提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法，并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。

1874年，德国工程师H.Gerber开始研究疲劳设计方法，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。

Goodman讨论了类似的问题。

1910年，O.H.Basquin提出了描述金属S-N曲线的经验规律，指出：应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。

Bairstow通过多级循环试验和测量滞后回线，给出了有关形变滞后的研究结果，并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。

1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。

1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。

1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。

L.F.Coffin和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系，即Coffin—Manson公式，随后形成了局部应力应变法。

148第6章 结构件及连接的疲劳强度随着社会生产力的发展，起重机械的应用越来越频繁，对起重机械的工作级别要求越来越高。

《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定，应计算构件及连接的抗疲劳强度。

对于结构疲劳强度计算，常采用应力比法和应力幅法，本章仅介绍起重机械常用的应力比法。

6.1 循环作用的载荷和应力起重机的作业是循环往复的，其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷，在结构或连接中产生的应力是变幅循环应力，如图6-1所示。

起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。

起重机工作过程中每个工作循环中应力的变化都是随机的，难以用实验的方法确定其构件或连接的抗疲劳强度。

然而，其结构或连接在等应力比的变幅循环或等幅应力循环作用下的疲劳强度是可以用实验的方法确定的，对于起重机构件或连接的疲劳强度可以用循环记数法计算出整个循环应力中的各应力循环参数，将其转化为等应力比的变幅循环应力或转化为等平均应力的等幅循环应力。

最后，采用累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。

6.1.1 循环应力的特征参数 (1) 最大应力一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用max σ表示。

(2) 最小应力一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用min σ表示。

(3) 整个工作循环中最大应力值构件或连接整个工作循环中最大应力的数值，用max ˆσ表示。

(4) 应力循环特性值一个循环中最小应力与最大应力的比值，用minmaxr σσ=表示。

(5) 循环应力的应力幅一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用σ∆表示。

149,r i i N σ-曲线max min max (1)r σσσσ∆=-=-(6) 应力半幅一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值的一半，用a σ来表示。

max min /2a σσσ=-(7) 应力循环的平均值一个循环中最大的应力与最小的应力的和的平均值，用m σ表示。

《机械设计基础》目录第一章绪论11 机械设计的基本概念12 机械设计的发展历程13 机械设计的重要性及应用领域第二章机械设计的基本原则和方法21 机械设计的基本原则211 功能满足原则212 可靠性原则213 经济性原则214 安全性原则22 机械设计的方法221 传统设计方法222 现代设计方法223 创新设计方法第三章机械零件的强度31 材料的力学性能311 拉伸试验与应力应变曲线312 硬度313 冲击韧性314 疲劳强度32 机械零件的疲劳强度计算321 疲劳曲线和疲劳极限322 影响机械零件疲劳强度的因素323 稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算324 不稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算第四章摩擦、磨损及润滑41 摩擦的种类及特性411 干摩擦412 边界摩擦413 流体摩擦414 混合摩擦42 磨损的类型及机理421 粘着磨损422 磨粒磨损423 疲劳磨损424 腐蚀磨损43 润滑的作用及润滑剂的选择431 润滑的作用432 润滑剂的种类433 润滑剂的选择第五章螺纹连接51 螺纹的类型和特点511 螺纹的分类512 普通螺纹的主要参数52 螺纹连接的类型和标准连接件521 螺纹连接的类型522 标准连接件53 螺纹连接的预紧和防松531 预紧的目的和方法532 防松的原理和方法54 螺纹连接的强度计算541 松螺栓连接的强度计算542 紧螺栓连接的强度计算第六章键、花键和销连接61 键连接611 平键连接612 半圆键连接613 楔键连接614 切向键连接62 花键连接621 花键连接的类型和特点622 花键连接的强度计算63 销连接631 销的类型和用途632 销连接的强度计算第七章带传动71 带传动的类型和工作原理711 平带传动712 V 带传动713 同步带传动72 V 带和带轮721 V 带的结构和标准722 带轮的结构和材料73 带传动的工作情况分析731 带传动中的力分析732 带的应力分析733 带传动的弹性滑动和打滑74 带传动的设计计算741 设计准则和原始数据742 设计计算的内容和步骤第八章链传动81 链传动的类型和特点811 滚子链传动812 齿形链传动82 链条和链轮821 链条的结构和标准822 链轮的结构和材料83 链传动的运动特性和受力分析831 链传动的运动不均匀性832 链传动的受力分析84 链传动的设计计算841 设计准则和原始数据842 设计计算的内容和步骤第九章齿轮传动91 齿轮传动的类型和特点911 圆柱齿轮传动912 锥齿轮传动913 蜗杆蜗轮传动92 齿轮的失效形式和设计准则921 轮齿的失效形式922 设计准则93 齿轮的材料和热处理931 齿轮常用材料932 齿轮的热处理94 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算941 受力分析942 强度计算95 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算951 受力分析952 强度计算96 锥齿轮传动的受力分析和强度计算961 受力分析962 强度计算97 蜗杆蜗轮传动的受力分析和强度计算971 受力分析972 强度计算第十章蜗杆传动101 蜗杆传动的类型和特点102 蜗杆和蜗轮的结构103 蜗杆传动的失效形式和设计准则104 蜗杆传动的材料和热处理105 蜗杆传动的受力分析和强度计算106 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第十一章轴111 轴的分类和材料1111 轴的分类1112 轴的材料112 轴的结构设计1121 轴上零件的定位和固定1122 轴的结构工艺性113 轴的强度计算1131 按扭转强度计算1132 按弯扭合成强度计算1133 轴的疲劳强度校核第十二章滑动轴承121 滑动轴承的类型和结构1211 整体式滑动轴承1212 剖分式滑动轴承1213 调心式滑动轴承122 滑动轴承的材料1221 金属材料1222 非金属材料123 滑动轴承的润滑1231 润滑剂的选择1232 润滑方式124 非液体摩擦滑动轴承的设计计算第十三章滚动轴承131 滚动轴承的类型和特点1311 滚动轴承的分类1312 滚动轴承的特点132 滚动轴承的代号1321 基本代号1322 前置代号和后置代号133 滚动轴承的选择1331 类型选择1332 尺寸选择134 滚动轴承的组合设计1341 轴承的固定1342 轴承的配合1343 轴承的装拆1344 滚动轴承的润滑和密封第十四章联轴器和离合器141 联轴器1411 联轴器的类型和特点1412 联轴器的选择142 离合器1421 离合器的类型和特点1422 离合器的选择第十五章弹簧151 弹簧的类型和特点152 弹簧的材料和制造153 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算第十六章机械系统设计161 机械系统设计的任务和过程162 机械系统总体方案设计163 机械系统的执行系统设计164 机械系统的传动系统设计165 机械系统的支承系统设计第十七章机械设计中的创新思维171 创新思维的概念和特点172 创新思维在机械设计中的应用173 培养创新思维的方法和途径第十八章机械设计实例分析181 简单机械装置的设计实例182 复杂机械系统的设计实例183 设计实例中的经验教训和改进方向。

《混凝土结构设计原理》思考题及习题（参考答案）第1章绪论思考题1.1钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。

在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。

由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。

1.2钢筋混凝土结构的优点有：1）经济性好，材料性能得到合理利用；2）可模性好；3）耐久性和耐火性好，维护费用低；4）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性；5）刚度大，阻尼大；6）就地取材。

缺点有：1）自重大；2）抗裂性差；3）承载力有限；4）施工复杂；5）加固困难。

1.3本课程主要内容分为“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分。

前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等混凝土结构的基本理论，属于专业基础课内容；后者主要讲述梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的结构设计，属于专业课内容。

学习本课程要注意以下问题：1）加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面；2）突出重点，并注意难点的学习；3）深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背。

第2章混凝土结构材料的物理力学性能思考题2.1①混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k是根据以边长为150mm的立方体为标准试件，在(20±3)℃的温度和相对湿度为90％以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度确定的。

3．腐蚀疲劳裂纹
金属材料在腐蚀环境下产生的疲劳裂 纹叫做腐蚀疲劳裂纹。
通常腐蚀疲劳裂纹往往萌生在腐蚀坑 洞处。构件表面的腐蚀疲劳裂纹可多条同 时存在。
这也就是说，在一条主腐蚀裂纹附近， 有可能形成多条表面次裂纹，并扩展到比 较深的深度。这些次裂纹彼此大体上相互 平行地向内扩展，在达到一定长度之后， 便停止扩展，只有主裂纹继续扩展，并导 致构件断裂。
3．交变载荷所造成的疲劳损伤 由交变载荷所造成的疲劳损伤是飞
机结构的常见损伤。 有80%以上是因交变载荷引起的疲
劳裂纹损伤。
4．各种使用环境所造成的腐蚀损伤
飞机在使用过程中，腐蚀环境，使 飞机结构产生腐蚀。
例如，沿海地区的氯化物、潮湿 空气、水分以及其它污染液(酸液、碱 液、水银以及牲畜的粪、尿等)对飞机 结构的腐蚀。
20%之间；
●严重腐蚀：腐蚀厚度大于原厚度的2源自%。(一)飞机结构常用合金腐蚀产物的颜色 特征
1．铝合金和镁合金 腐蚀初期呈灰白色斑点，发展后出
现灰白粉末状腐蚀产物，刮去腐蚀产 物后底部出现麻坑。
2．合金钢及碳钢
腐蚀刚开始时金属表面发暗，进一 步发展变成褐色或棕黄色，严重的腐 蚀呈棕色或褐色疤痕，甚至出现蚀坑。 刮去腐蚀产物后，底部呈暗灰色，边 缘不规则。
从宏观看应力腐蚀断裂的断口一般有 三个区：
●开裂源区
●应力腐蚀裂纹的扩展区
●瞬时断裂区
(1)开裂源区
该区的断口腐蚀较为严重，开裂 源的根部往往有蚀坑。
铝合金的应力腐蚀裂纹几乎都是沿 着晶界发生的。
(2)应力腐蚀裂纹的扩展区 这是应力腐蚀裂纹缓慢扩展过程中
所形成的区域。这一缓慢扩展过程是 材料的组织与应力及介质相互作用的 过程。
疲劳源的数目可能是一个，也可能 是多个。

上。
2）地震载荷：考虑额定风速时产生的风轮最大轴向力，同时根据均匀建筑物由 地震产生的水平载荷因子，将其产生的惯性力附加到风轮轴向推力中。
3）最大运行载荷：额定风速下正常运行载荷的2倍。
3.确定塔架设计载荷的要求
1）最大极限载荷：塔架可能承受的最大载荷。 2）疲劳载荷：塔架构件能够承受交变载荷次数的能力。 3）共振激励载荷：塔架结构系统的共振响应。
Hale Waihona Puke 地基，抑或是用螺栓连接在嵌入地下的短塔段上，相关的地基安装结构稍后 讨论。
地脚螺杆通常需要以某种方式锚入地基中，其抗倾覆力矩的能力取决 于沿上风向侧塔筒呈半圆分布螺栓组的抗拉强度设计。由于受混凝土剪应力 强度的约束，所以螺杆必须插入混凝土充分深的地方，典型深度约等于塔架 基础的半径。
4．结构方案设计中的固有频率约束问题 如前所述，塔架结构方案设计的前提，首先需要考虑相关结构的一阶
如图6-12所示，塔架基础通常采用钢筋 混凝土结构，混凝土的重量应能够平衡整个机组 的倾翻力矩。其影响因素首先应考虑极端风速条 件下的叶片产生的推力载荷，以及机组运行状态 下的最大载荷。
6.4.2基础的形式设计
1.板状基础
在距地面数米内需要 放置适用的材料时，一般选 择板状基础。如图为四种可 选用的板状的基础结构。
模态固有频率约束问题。一般而论，所谓固有频率离机组系统可能产生的激 励频率越远越好。但根据设计经验，当需要设计塔架在极限强度时，往往其 固有频率与叶片通过频率会处于同一量级。
对于特定的风轮而言，可通过改变塔架的设计参数（如长径比、壁厚） 塔基直径，在满足极限载荷和疲劳载荷强度的同时，调整整个塔架的自然频 率至合适的值。但有时满足固有频率的要求可能并不经济，可以通过调整轮 毂高度的方式解决。