第三章疲劳强度计算练习题

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第三章 机械零件的疲劳强度设计

一、选择题

3-1 45钢的持久疲劳极限σ-1=270MPa,,设疲劳曲线方程的幂指数m=9,应力循环基数N0=5×106次,当实际应力循环次数N=104次时,有限寿命疲劳极限为____________MPa。

(1)539 (2)135 (3)175 (4)417

3-2 有一根阶梯轴,用45钢制造,截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数Kσ=1.58,表面状态系数β=0.28,尺寸系数εσ=0.68,则其疲劳强度综合影响系数KσD=____________。

(1)0.35 (2)0.88 (3)1.14 (4)2.83

3-3 形状、尺寸、结构和工作条件相同的零件,采用下列不同材料制造:a)HT200;b)35钢;c)40CrNi钢。其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是____________。

(1)a)和b) (2)c)和a) (3)b)和c) (4)b)和a) (5)a)和c) (6)c)和b)

3-4 零件的截面形状一定,如绝对尺寸(横截面尺寸)增大,疲劳强度将随之____________。

(1)增高 (2)不变 (3)降低

3-5 零件的形状、尺寸、结果相同时,磨削加工的零件与精车加工相比,其疲劳强度____________。

(1)较高 (2)较低 (3)相同

3-6 零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后,其疲劳强度____________。 (1)增高 (2)降低 (3)不变 (4)增高或降低视处理方法而定 3-7 影响零件疲劳强度的综合影响系数KσD或KτD与____________等因素有关。 (1)零件的应力集中、加工方法、过载

(2)零件的应力循环特性、应力集中、加载状态 (3)零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中 (4)零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。

3-8 已知设计零件的疲劳缺口系数Kσ=1.3、尺寸系数εσ=0.9、表面状态系数βσ=0.8。则疲劳强度综合影响系数KσD为____________。

(1)0.87 (2)0.68 (3)1.16 (4)1.8

3-9 已知零件的极限应力σr=200MPa,许用安全系数[S]=2,影响零件疲劳强度的系数为Kσ=1.2,εσ=0.83,βσ=0.90。则许用应力为[σr]___________MPa。 (1)160.6 (2)106.7 (3)62.25 (4)110.7

3-10 绘制设计零件的σm-σa极限应力简图时,所必须的已知数据是___________。 (1)σ-1,σ0,σs, Kσ (2)σ-1,σ0,σs, KσD

(3)σ-1,σs, ψσ, Kσ (4)σ-1,σ0,ψσ, KσD

3-11 在图示设计零件的σm-σa极限应力简图中,如工作应力点M所在的ON线与横轴间夹角θ=45o,则该零件受的是___________。

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(1)不变号的不对称循环变应力 (2)变号的不对称循环变应力

(3)脉动循环变应力 (4)对称循环变应力

3-12 在题3-11图所示零件的极限应力简图中,如工作应力点M所在的ON线与横轴之

间的夹角θ=90o时,则该零件受的是___________。 题3-11图

(1)脉动循环变应力 (2)对称循环变应力

(3)变号的不对称循环变应力 (4)不变号的不对称循环变应力

3-13 已知一零件的最大工作应力σmax=180MPa,最小工作应力σmin=-80MPa。则在图示的极限应力简图中,该应力点M与原点的连线OM与横轴间的夹角θ为___________。

(1)68o57'44''(2)21o2'15''(3)66o2'15''(4)74o28'33''

题3-13图 题3-14图

3-14 在图示零件的极限应力简图上,M为零件的工作应力点,若加载于零件的过程中保持最小应力σmin为常数。则该零件的极限应力点应为__________。

(1)M1 (2)M2 (3)M3 (4)M4

3-15 上题若在对零件加载的过程中保持应力比r为常数。则该零件的极限应力点应为__________。

(1)M1 (2)M2 (3)M3 (4)M4

3-16 3-14题若在对零件的加载过程中保持平均应力σm=常数。则该零件的极限应力点应为__________。

(1)M1 (2)M2 (3)M3 (4)M

3-17 零件的材料为45钢,σb=600MPa,σs=355MPa,σ-1=270MPa,ψσ=0.2,零件的疲劳强度综合影响系数KσD=1.4。则在图示的零件极限应

力简图中θ角为__________

题3-17图

(1)36o55'35'' (2)41o14'22'' (3)48o45'38''

3-18 已知45钢调制后的力学性能为:σb=620MPa,σs=350MPa,σ-1=280MPa,σ0=450MPa。则ψσ为__________。

(1)1.6 (2)2.2 (3)0.24 (4)0.26

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3-19 某零件用45Mn2制造,材料的力学性能为:σb=900MPa,σs=750MPa,σ-1=410MPa,ψσ=0.25。影响零件疲劳强度的系数为:Kσ=1,εσ=0.85,βσ=0.8。则该零件受脉动循环变应力作用时,其极限应力为__________。

(1)223 (2)328 (3)551 (4)656

3-20 在题3-11图所示零件的极限应力简图中,如工作应力点M所在的ON线与横轴间的夹角θ=50o,则该零件受的是__________。

(1)脉动循环变应力 (2)对称循环变应力

(3)变号的不对称循环变应力 (4)不变号的不对称循环变应力

3-21 一零件由40Cr制成,已知材料的σb=980MPa,σs=785MPa,σ-1=440MPa,ψσ=0.3。零件的最大工作应力σmax=240MPa,最小工作应力σmin=-80MPa,疲劳强度综合影响系数KσD=1.44。则当应力比r=常数时,该零件的疲劳强度工作安全系数S为__________。

(1)3.27 (2)1.73 (3)1.83 (4)1.27

3-22 一零件由20Cr制成,已知σ-1=350MPa,σs=540MPa,ψσ=0.3,零件的最大工作应力σmax=185MPa,最小工作应力σmin=-85MPa,疲劳强度综合影响系数KσD=1.41。则当平均应力常数时该零件按应力幅计算的工作安全系数为__________。

(1)4.07 (2)2.89 (3)2.59 (4)1.76

3-23 若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9,则以对称循环应力σ1=500MPa作用于零件N1=104次以后,它所造成的疲劳损伤,相当于应力σ2=450MPa作用于零件__________次。

(1)0.39×104 (2)1.46×104 (3)2.58×104 (4)7.45×104

3-24 若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9,则以对称循环应力σ1=400MPa作用于零件N1=105次以所造成的疲劳损伤,相当于应力σ2=__________MPa作用于零件N2=104次所造成的疲劳损伤。

(1)517 (2)546 (3)583 (4)615

3-25 45钢经调制后的疲劳极限σ-1=300MPa,应力循环基数N0=5×106次,疲劳曲线方程的幂指数m=9,若用此材料做成的试件进行试验,以对称循环应力σ1=450MPa作用104次,σ2=400MPa作用2×104次。则工作安全系数为__________。

(1)1.14 (2)1.25 (3)1.47 (4)1.65

3-26 45钢经调制后的疲劳极限σ1=300MPa,应力循环基数N0=5×106次,疲劳曲线方程的幂指数m=9,若用此材料做成的试件进行试验,以对称循环应力σ1=450MPa作用104次,σ2=400MPa作用2×104次后,再以σ3=350MPa作用于此试件,直到它破坏为止,试件还能承受的应力循环次数为__________次。

(1)6.25×105 (2)9.34×105 (3)1.09×106 (4)4.52×106 二、分析与思考题

3-27 机械零件疲劳强度的计算方法有哪两种?其计算准则各是什么? 3-28 机械零件在变应力条件下工作发生疲劳断裂而失效的过程怎样?

3-29 在一定的应力比r下工作的金属试件,其应力循环次数与疲劳极限之间有怎样的内在联系?怎样区分试件的无限工作寿命和有限工作寿命?怎样计算在有限寿命下工作的试件的疲劳极限?

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3-30 什么是应力循环基数?一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少? 3-31 按疲劳曲线(σ-N)设计零件时,适用的条件是什么?当循环次数N<104时,(σ-N)曲线是否适用?为什么?在这种情况下应如何处理?

3-32 试区分金属材料的几种应力极限:σb、σs、σ-1、σ0和σr。在零件设计中确定许用应力时,应当怎样根据具体工作情况选取这些应力极限?它们之间的关系有哪些经验公式?

3-33 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?提高机械零件疲劳强度的措施有哪些?

3-34 机械零件受载时在什么地方产生应力集中?应力集中与材料的强度有什么关系?

3-35 什么是机械零件的疲劳缺口系数?有三个形状尺寸一致、工作条件也相同,分别用铸铁、低强度钢和高强度钢制造的零件,哪一个零件的疲劳缺口系数最大?哪一个最小?机械零件设计中,常见的应力集中源有哪些?如果在零件的同一截面上同时存在几个应力集中源时,其疲劳缺口系数值应当如何选取?

3-36 疲劳强度的综合影响系数KσD,KτD的意义是什么?其计算公式是什么? 3-37 怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的?怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算?怎样进行在规律性非稳定变应力下的零件强度计算?

3-38 在极限应力简图上,对各种加载情况(即r=常数、σm=常数、σmin=常数)如何判断零件是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变形破坏?若有数学式子来判断,试写出其判断条件式。

3-39 试推导出σmin=常数或σm=常数时安全系数的计算公式,并比较r=常数和上述两种情况下安全系数计算公式的区别(可代入一些具体数字进行比较)。

3-40 ψσ和ψτ的几何意义和物理意义是什么?材料的强度愈高,ψσ和ψτ的值愈大还是愈小?

3-41 求单向应力状态下的安全系数时,在什么情况下需要验算屈服强度安全系数?为什么?怎样验算?

3-42 怎样用图解法求单向应力状态下的安全系数?用图解法求安全系数有何优点?

3-43 何谓疲劳损伤累积假说?线性疲劳损伤累积计算的数学表达式为何? 3-44 零件在非稳定变应力下工作的安全系数如何计算?要求写出计算步骤和计算公式并加以必要的说明。

3-45 怎样求复合应力状态下的安全系数?

3-46 试说明当加在零件上的外载荷一定时,突然加载(动载)引起的应力和变形至少为渐缓加载(静载)的两倍。

三、设计计算题 题3-47图

3-47 如图所示某旋转轴受径向载荷F=12kN作用,已知跨距L=1.6m,直径

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