第13章 交变应力§13-1 交变应力与疲劳失效1．交变应力：构件内随时间作周期性变化的应力，称交变应力。
2．疲劳与疲劳失效：结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力作用下发生的破坏现象，称为疲劳失效，简称疲劳。
3．构件承受交变应力的例子：a．齿轮啮合时齿根A 点的弯曲正应力 σ 随时间作周期性变化。
如图13-1。
b．火车轮轴横截面边缘上点的弯曲正应力 A σ 随时间 作周期性变化，如图13-2。
tt sin I rM I y M ZZ ωσ⋅=⋅=c．电机转子偏心惯性力引起强迫振动梁上的危险点正应力随时间作周期性变化。
如图13-3。
4．疲劳失效的特点与原因简述 构件在交变应力作用下失效时，具有如下特征：1）破坏时的名义应力值往往低于材料在静载作用下的屈服应力； 2）构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环；3）构件在破坏前没有明显的塑性变形预兆，即使韧性材料，也将呈现“突然”的脆性断裂； 4）金属材料的疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。
如图13-4。
疲劳失效的机理：交变应力引起金属原子晶格的位错运动→位错运动聚集，形成分散的微裂纹→微裂纹沿结晶学方向扩展（大致沿最大剪应力方向形成滑移带）、贯通形成宏观裂纹→宏观裂纹沿垂直于最大拉应力方向扩展，宏观裂纹的两个侧面在交变载荷作用下，反复挤压、分开，形成断口的光滑区→突然断裂，形成断口的颗粒状粗糙区。
§13-2循环特征 应力幅 平均应力交变应力有恒幅与变幅之分，现考察按正弦曲线变化的恒幅交变应力σ 与时间的关系，如图13-5。
t1．应力循环：图中应力大小由 a 到 b 经历了一个全过程变化又回到原来的数值，称为一个应力循环。
完成一个应力循环所需的时间 ，称为一个周期t 。
2．循环特征或应力比：一个应力循环中最小应力 min σ 与最大应力 max σ 的比值：maxmin σσ=r称为交变应力的循环特征或应力比。
