疲勞強五PPT學習教案

1、會計學1 疲勞強五疲勞強五 對于等幅交變應力，可用材料的 SN 曲線(如圖 23)或 am SS曲線(如圖 211)以表示在不同應力水平下到達破壞所需 要的循環(huán)次數(shù)。 同樣，對于典型的構(gòu)件（如接頭）或組合件，也可以通過試 驗，得出這樣的曲線，以表示其疲勞性能。例如，圖 61 就是 一個用一種不繡鋼制造的飛機零件的SN曲線。 第1頁/共44頁 第2頁/共44頁 第3頁/共44頁 第4頁/共44頁 例如，零件在兩個不同應力水平 1 S和 2 S下循環(huán)加載， 且知道每一小時中， 1 S循環(huán) 1 N次， 2 S循環(huán) 2 N次。 用SN曲 線，我們可以確定，僅在 1 S作用下，至破壞時的循環(huán)數(shù)為 1 N

2、；僅在 2 S作用下，至破壞時的循環(huán)數(shù)為 2 N?？墒俏覀?無法直接知道，同時作用 1 S和 2 S時（ 1 S和 2 S的組合可以 是各種各樣的） ，零件的壽命到底是多少小時。 第5頁/共44頁 第6頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 直到目前，工程上仍被廣泛采用的累積損傷理論是首 先由德國人帕爾姆格林（Palmgram）于 1924 年，和美國 人邁納 （Miner） 于 1945 年所提出的線性累積損傷理論 （這 種累積損傷理論在國外文獻中常稱為PalmgramMiner理 論，或簡稱為 Miner 理論） 。 第7頁/共44頁 5一一2 線性累積損

3、傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 基本假設(shè)基本假設(shè)： (1)各級交變應力引起的疲勞損傷可以分別計算， 然后再線 性疊加起來。 (2)而某級應力水平 i S造成的疲勞損傷與該應力水平所施 加的循環(huán)數(shù) i n和在同一應力水平下直至發(fā)生破壞時所需的循 環(huán)數(shù) i N的比值成正比，即與比值/ ii nN成正比例，比值/ ii nN一 般稱為“循環(huán)比” ，或“損傷比” 。 第8頁/共44頁 312 123 1 i i nnnn NNNN 第9頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 上式是多級循環(huán)加載下的破壞條件，也是線性累積損傷理 論的計算公式。 有了這個公式，再加

4、上所需的SN曲線，就可以進行疲勞 壽命估算了。 第10頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 例 1：一個飛機零件用一種不銹鋼板制造，理論應力集中 系數(shù) t K為 4.0，用試驗得到的SN曲線如圖所示。根據(jù)實測統(tǒng) 計，每次飛行遭遇的應力歷程如下： 0 一 42 公斤毫米 2 1 次; 0 一 35 公斤毫米 2 10 次 0 一 2l 公斤毫米 2 200 次; 0 一 14 公斤毫米 2 1000 次 求：零件破壞前可以飛行的次數(shù)。 第11頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 解：由圖查得 0 一 42 公斤毫米 2 應力

5、作用下破壞時的循環(huán)數(shù) 1 N3.5103 0 一 35 公斤毫米 2 應力作用下破壞時的循環(huán)數(shù) 2 N1.2104 0 一 21 公斤毫米 2 應力作用下破壞時的循環(huán)數(shù) 3 N1.7105 0 一 14 公斤毫米 2 應力作用下破壞時的循環(huán)數(shù) 4 N108 現(xiàn)列表計算如下： 第12頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 由上表可見，每次飛行的總損傷為 3 2.295 10 i i n N 若零件破壞前能飛L次，則由 3 2.295 101L 可得 3 1 436 2.295 10 L (次) 顯然， 計算得到的是該零件壞破前可能進行的飛行次數(shù)的平均 值。實際應

6、用中，該零件破壞前可能進行的飛行次數(shù)將在 436 次上、下波動。 第13頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 通過上例，可見只要有了所需的SN曲線，線性累積損 傷理論為疲勞壽命估算及載荷譜的簡化折算等提供了一個簡 便的方法。 第14頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 第15頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 由于線性累積損傷理論存在上述種種問題， 就必然導致理 論計算結(jié)果與實際壽命間常有不同程度的差別。 因此，用這種累積損傷理論計算的疲勞壽命只稱為“估 算” 。 以往為了使估算的壽命

7、更符合實際情況， 國內(nèi)外曾對破壞 條件中的系數(shù)值作過不少研究推敲。 第16頁/共44頁 5一一2 線性累積損傷理論及其應用線性累積損傷理論及其應用 1956 年科汀-多倫提出修正線性累積損傷理論，即把線性 累積損傷的破壞條件用公式： i i n K N 來表示，而對系數(shù)K再規(guī)定合理的數(shù)值。 例如在飛機設(shè)計中，有人根據(jù)機其結(jié)構(gòu)全尺寸疲勞試驗 結(jié)果，建議對于典型的飛機結(jié)構(gòu)部件（如機翼等）K值取 1.5。 而對元件仍用K1。也有人為了安全，建議K值改用 0.5 或 更低的值。 第17頁/共44頁 5一一3 名義應力無限壽命設(shè)計方法名義應力無限壽命設(shè)計方法 以名義應力為基本設(shè)計參數(shù)的抗疲勞設(shè)計方法稱

8、為常規(guī)疲勞設(shè)計，也稱為名義應力法，是最早使用的 抗疲勞設(shè)計方法。 包括：無限壽命設(shè)計 有限壽命設(shè)計 第18頁/共44頁 5一一3 名義應力無限壽命設(shè)計方法名義應力無限壽命設(shè)計方法 1. 無限壽命設(shè)計 無限壽命設(shè)計法由 CepeHceH C. A. （謝聯(lián)先）于 40 年 代提出，是最早使用的抗疲勞設(shè)計方法，現(xiàn)在仍在廣泛使用。 無限壽命設(shè)計法的出發(fā)點是，零件在設(shè)計應力下能夠長 期安全使用。 第19頁/共44頁 5一一3 名義應力無限壽命設(shè)計方法名義應力無限壽命設(shè)計方法 第20頁/共44頁 5一一3 名義應力無限壽命設(shè)計方法名義應力無限壽命設(shè)計方法 對于很多安裝在地面上不常搬動的民用機械，對它們的

9、主要要 求是使用可靠和壽命長，而對機器的自重常常沒有嚴格限制。對于 這些機器往往使用無限壽命設(shè)計法。 這時，機器的重量雖然比使用有限壽命設(shè)計法為重，但由于使 用壽命比有限壽命設(shè)計法大大增加，從經(jīng)濟上看還是比用有限壽命 設(shè)計法合算。 特別是那些只生產(chǎn)一臺或幾臺的重型機械，機器成本很高，不 允許造備品，而一臺出了事故，就要長時間停產(chǎn)，造成的損失很大。 對于這些機器，為了確保能夠長期安全使用，更加應當使用無限壽 命設(shè)計法。 第21頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 2. 有限壽命設(shè)計 有限壽命設(shè)計法只保證機器在一定的使用期限內(nèi)安全使 用。 因此， 它允許零件的工

10、作應力超過疲勞極限， 機器的重量 比無限壽命設(shè)計法為輕，是當前許多機械產(chǎn)品的主導設(shè)計思 想。如飛機、汽車等對自重有較高要求的產(chǎn)品，都使用這種設(shè) 計方法進行抗疲勞設(shè)計。 第22頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 名義應力有限壽命設(shè)計法是一種使用較早的有限壽命設(shè) 計法，已經(jīng)使用多年，使用經(jīng)驗比較豐富。這種設(shè)計法常稱為 安全壽命設(shè)計， 它是無限壽命設(shè)計法的直接發(fā)展， 二者的基本 設(shè)計參數(shù)都是名義應力。 第23頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第24頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 無

11、限壽命設(shè)計與有限壽命設(shè)計的區(qū)別： （1）無限壽命設(shè)計法使用的是SN曲線的右段水平部分，亦 即疲勞極限；而有限壽命設(shè)計法使用的是SN曲線的左段斜 線部分，亦即有限壽命部分。 第25頁/共44頁 第26頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 1等幅應力 （1）對稱循環(huán) 零件SN曲線是名義應力有限壽命設(shè)計法的基礎(chǔ)。當然， 用全尺寸零件進行疲勞試驗是得出零件SN曲線的最好方 法。但是，在設(shè)計階段零件還沒有設(shè)計制造出來，往往沒有條 件這樣做。這時，常用的方法是利用材料SN曲線估算出零 件SN曲線。使用這種方法進行疲勞設(shè)計的步驟如下： 第27頁/共44頁 5一一4 名義應

12、力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第28頁/共44頁 1）、作出對稱循環(huán)下的材料 曲線，可以使用以下三種方法： 從手冊或文獻上查出所用材料的 曲線。 對所用材料進行疲勞試驗，得出其材料 曲線。 在沒有現(xiàn)成的 曲線可利用，也沒有條件進行疲勞試驗時，可使用簡化方法。 SN SN SN SN 第29頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第30頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第31頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第32頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力

13、有限壽命設(shè)計方法 第33頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第34頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第35頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第36頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 （2）非對稱循環(huán) 在非對稱循環(huán)下，不但需要零件SN曲線還需要零件 的 Goodman 圖。下面敘述利用零件的SN曲線和 Goodman 圖進行疲勞設(shè)計的步驟： 1） 、作出材料的 Goodlman 圖。在 am 坐標上，將縱軸上的 1N 與橫軸上的 b 相連，即

14、可得出疲勞壽命為 N時的材料 Goodman 圖。 2） 、作出零件的 Goodman 圖。將材料SN曲線中 1N 的換 為 1DN 即可得出零件 Goodman 圖。 第37頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 3） 、疲勞壽命估算。如圖所 示，先將工作應力 a 和 m 乘 以許用安全系數(shù)n，得出計 算 應 力 ag 和 mg ， 將 點 (,) mgag Q與 靜 載 破 壞 點 (,0) b B直線相連， 并將其延 長交縱軸于 1 (0,) DN C ，則 BC 即為等壽命線， 其壽命可 根據(jù) 1DN 從零件SN曲線 上查出。 第38頁/共44頁 5一

15、一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第39頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 第40頁/共44頁 5一一4 名義應力有限壽命設(shè)計方法名義應力有限壽命設(shè)計方法 （1）分析確定零件的載荷譜 對承受隨機載荷的零件進行壽命估算時，必須先進行載 荷譜分析。對于正在設(shè)計中的機器，雖然不能確切知道它將 來如何使用，但可以根據(jù)過去對這類機器載荷情況的調(diào)查， 再加上對新的使用條件的估計，制訂出其設(shè)計載荷譜。 如果不考慮循環(huán)過程中的強化和弱化作用，也不考慮過 載效應等，認為疲勞損傷與加載次序無關(guān)，也不考慮每次循 環(huán)的路徑和持續(xù)時間的不同，只認為峰值和谷值起作用，這 樣就可以用上一章中的雨流法對載荷譜進行簡化。 第41頁/共44頁