题目
某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限sigma_(-1)=280mathrm(MPa),若疲劳曲线指数m=9,应力循环基数N_(0)=10^7,当该零件工作的实际应力循环次数N=10^8时,则对应于N的疲劳极限sigma_(-1N)为( )mathrm(MPa)。A. 280mathrm(MPa)B. >280mathrm(MPa)C. D. 不能确定
某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限$\sigma_{-1}=280\mathrm{MPa}$,若疲劳曲线指数$m=9$,应力循环基数$N_{0}=10^{7}$,当该零件工作的实际应力循环次数$N=10^{8}$时,则对应于$N$的疲劳极限$\sigma_{-1N}$为( )$\mathrm{MPa}$。
A. $280\mathrm{MPa}$
B. $>280\mathrm{MPa}$
C. $<280\mathrm{MPa}$
D. 不能确定
题目解答
答案
C. $<280\mathrm{MPa}$
解析
考查要点:本题主要考查疲劳极限的计算,涉及疲劳曲线公式的应用及指数运算的理解。
解题核心思路:
疲劳极限随应力循环次数变化的规律由公式 $\sigma_{-1N} = \sigma_{-1} \left( \frac{N_0}{N} \right)^{\frac{1}{m}}$ 描述。关键点在于判断当实际循环次数 $N > N_0$ 时,$\frac{N_0}{N} < 1$,其正指数次方的结果必然小于1,从而导致 $\sigma_{-1N} < \sigma_{-1}$。
破题关键:
- 明确公式中各符号的物理意义:$\sigma_{-1}$ 是基数循环次数 $N_0$ 对应的疲劳极限,$m$ 是疲劳曲线指数。
- 指数运算的性质:当底数 $0 < x < 1$ 且指数为正时,$x^{\frac{1}{m}} < 1$。
根据疲劳曲线公式:
$\sigma_{-1N} = \sigma_{-1} \left( \frac{N_0}{N} \right)^{\frac{1}{m}}$
代入已知条件:
- $\sigma_{-1} = 280 \, \mathrm{MPa}$
- $N_0 = 10^7$
- $N = 10^8$
- $m = 9$
计算步骤如下:
-
计算比值:
$\frac{N_0}{N} = \frac{10^7}{10^8} = 0.1$ -
计算指数部分:
$0.1^{\frac{1}{9}} \approx e^{\frac{1}{9} \ln 0.1} \approx e^{-0.2558} \approx 0.7743$ -
求最终疲劳极限:
$\sigma_{-1N} = 280 \times 0.7743 \approx 216.8 \, \mathrm{MPa}$
结论:$\sigma_{-1N} < 280 \, \mathrm{MPa}$,故选 C。