疲勞強度設(shè)計教學大綱

1、疲勞強度設(shè)計教學大綱課程編碼：08241026課程名稱：疲勞強度設(shè)計英文名稱：Design of Fatiligue Strength開課學期：第7學期學時/學分：總學時/學分(30 /1.5) 講課學時30（其中實驗學時： ） 課程類型：專業(yè)選修課開課專業(yè)：機械科學與工程學院 工程力學專業(yè)選用教材：疲勞強度 徐灝 編 高等教育出版社 1990主要參考書： 1.結(jié)構(gòu)疲勞強度 吳富民 編 西北工業(yè)大學出版社 1985 2.疲勞理論與設(shè)計 張理蘇 編 吉林工業(yè)大學 1985 3.疲勞強度設(shè)計 徐灝 編 高等教育出版社 2000 4.結(jié)構(gòu)疲勞強度設(shè)計與失效分析 王學顏 宋廣惠 編 兵器工業(yè)出版社 1

2、992 5.疲勞設(shè)計準則 英T.V達根等著 國防工業(yè)出版社1982 6.結(jié)構(gòu)中的斷裂與疲勞控制 美羅爾夫等著 機械工業(yè)出版社1985執(zhí)筆人：聶毓琴一、課程性質(zhì)、目的與任務疲勞強度設(shè)計是一門新興的邊緣學科。它涉及材料，力學和設(shè)計三個學科領(lǐng)域。飛機，船舶，汽車，礦山機械，冶金機械，動力機械，起重運輸機械，石油鉆進設(shè)備，以及鐵路橋梁等，其主要零件和結(jié)構(gòu)件，大多在循環(huán)變化的載荷作用下工作，疲勞是其主要的是失效形式。因此，疲勞強度對于設(shè)計各類承受循環(huán)載荷的機械和結(jié)構(gòu)，成為重要的研究內(nèi)容。進行疲勞強度設(shè)計，需要有材料的疲勞性能數(shù)據(jù)。但有時雖然認為選擇了合適的材料，制成零件后，使用中仍有可能發(fā)生意外的疲勞斷

3、裂事故。這可能是由于設(shè)計者在某方面的疏忽，或偶然的過載，或零件制成后使用條件有了改變所致。這些現(xiàn)象都說明，材料的疲勞強度不等于零件的疲勞強度，所以設(shè)計理論是重要的。通過本課程的學習，能夠?qū)?gòu)件的強度疲勞問題具有明確的基本概念，必要的基礎(chǔ)知識，比較熟練的計算能力，一定的分析能力和初步的實踐能力。二、教學基本要求：通過本課程的學習，能夠?qū)?gòu)件的強度疲勞問題具有明確的基本概念，必要的基礎(chǔ)知識，比較熟練的計算能力，一定的分析能力和初步的實踐能力。熟練掌握各章節(jié)的主要內(nèi)容：1. 材料的疲勞性能，材料的循環(huán)特性曲線構(gòu)件的無限壽命設(shè)計；2. 構(gòu)件的無限壽命設(shè)計 ， 累積損傷的壽命設(shè)計 ， 累積損傷理論； 3

4、. 構(gòu)件的有限壽命設(shè)計 ，材料疲勞裂紋的擴展性能，件的破損-安全設(shè)計 ； 4. 低周疲勞設(shè)計 ，局部應變集中方法 ，構(gòu)件的疲勞強度可靠性設(shè)； 5. 隨機疲勞強度 ，腐蝕疲勞。三、各章節(jié)內(nèi)容及學時分配第一章 緒論（2學時）教學目的與要求1. 了解疲勞強度在工業(yè)中的地位，疲勞強度發(fā)展史，疲勞的分類；2. 明確疲勞破壞的三個階段，疲勞斷口。教學內(nèi)容疲勞強度在工業(yè)中的地位，疲勞強度發(fā)展史，疲勞的分類，疲勞破壞的三個階段，疲勞斷口。第二章 金屬的循環(huán)應力和應變（2學時）教學目的與要求1.了解循環(huán)硬化和軟化；2.理解循環(huán)加載的遲滯回線，循環(huán)應力-應變曲線的測試方法，金屬循環(huán)應變機理。教學內(nèi)容循環(huán)加載的遲滯

5、回線，循環(huán)硬化和軟化，循環(huán)應力-應變曲線的測試方法，金屬循環(huán)應變機理。 第三章 疲勞圖（2學時）教學目的與要求1. 理解材料的S-N曲線，頻率曲線和概率密度函數(shù)，統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)知識，正態(tài)分布；2. 掌握P-S-N曲線，3. 熟練掌握疲勞極限圖，以及相關(guān)壽命曲線圖。教學內(nèi)容材料的S-N曲線，頻率曲線和概率密度函數(shù)，統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)知識，正態(tài)分布；P-S-N曲線，疲勞極限圖，等壽命曲線圖。第四章 疲勞積累損傷理論（2學時）教學目的與要求1 了解疲勞損傷的概念，2 熟練掌握線性疲勞累積損傷理論，3 掌握非線性疲勞累積損傷理論，4 明確雙線性疲勞累積損傷理論。教學內(nèi)容疲勞損傷的概念，線性疲勞累積損傷理論

6、，非線性疲勞累積損傷理論，雙線性疲勞累積損傷理論。第五章 影響疲勞強度的因素（2學時）教學目的與要求1. 理解應力集中；2. 了解應變集中的影響，包括尺寸的影響，表面加工情況的影響，載荷頻率的影響，工作應力波形的影響。教學內(nèi)容應力集中和應變集中的影響，尺寸的影響，表面加工情況的影響，載荷頻率的影響，工作應力波形的影響。第六章 疲勞試驗（2學時）教學目的與要求1. 了解高周疲勞試驗；2. 掌握S-N曲線；3. 掌握高周疲勞試驗方法；4. 低周疲勞試驗；5. 明確掌握帶過渡圓弧的試樣應變幅度的修正；6. 掌握低周疲勞試驗方法；7. 明確掌握徑向應變與軸向應變的轉(zhuǎn)換；8. 了解裂紋擴展試驗；教學內(nèi)容

7、高周疲勞試驗，S-N曲線，低周疲勞試驗，帶過渡圓弧的試樣應變幅度的修正，徑向應變與軸向應變的轉(zhuǎn)換，裂紋擴展試驗。第七章 常規(guī)疲勞強度設(shè)計（4學時）教學目的與要求1. 熟練掌握單向應力作用下的疲勞強度設(shè)計，2. 了解單向應力作用下的疲勞壽命估計，3. 掌握復合應力作用下的疲勞強度設(shè)計，4. 了解復合應力作用下的疲勞壽命估算。教學內(nèi)容單向應力作用下的疲勞強度設(shè)計，單向應力作用下的疲勞壽命估計，復合應力作用下的疲勞強度設(shè)計，復合應力作用下的疲勞壽命估算。第八章 隨機疲勞（2學時）教學目的與要求1. 了解隨機過程，2. 明確隨機載荷的統(tǒng)計處理，3. 了解隨機載荷作用下的疲勞壽命估算。教學內(nèi)容隨機過程，

8、隨機載荷的統(tǒng)計處理，隨機載荷作用下的疲勞壽命估算。第九章 局部應力-應變法估算裂紋形成壽命（2學時）教學目的與要求1. 了解估算疲勞壽命的兩種方法，2. 理解局部應力-應變分析，3. 掌握應變-壽命曲線，4. 掌握裂紋形成壽命估算和評述。教學內(nèi)容估算疲勞壽命的兩種方法，局部應力-應變分析，應變-壽命曲線，裂紋形成壽命估算和評述。第十章 斷裂力學方法估算裂紋擴展壽命（2學時）教學目的與要求1. 了解應力強度因子和斷裂韌性，2. 理解疲勞裂紋擴展速度，3. 掌握裂紋壽命估算方法，4. 熟練掌握影響裂紋擴展速度的因素。教學內(nèi)容應力強度因子和斷裂韌性，疲勞裂紋擴展速度，裂紋壽命估算方法，影響裂紋擴展速

9、度的因素。第十一章 環(huán)境對疲勞的影響（2學時）教學目的與要求1. 了解金屬在低溫疲勞下的單調(diào)特性；2. 掌握低溫下材料的S-N曲線；3. 明確冷脆機理；4. 了解疲勞裂紋的擴展；5. 了解金屬的高溫強度；6. 明確蠕變機理；7. 熟練掌握高溫疲勞的應力應變關(guān)系；8. 掌握高溫下材料的S-N曲線；9. 了解高溫疲勞的裂紋的擴展，高溫疲勞的壽命估算；10.了解熱疲勞的試驗方法；11.熟練掌握影響熱疲勞的因素；12.掌握接觸疲勞破壞的機理，影響接觸疲勞強度的因素；13.掌握腐蝕疲勞的S-N曲線，腐蝕疲勞的裂紋的擴展教學內(nèi)容低溫疲勞，高溫疲勞，熱疲勞 ，接觸疲勞，腐蝕疲勞，其他影響。第十二章 疲勞強度

10、的可靠性設(shè)計（2學時）教學目的與要求1. 理解可靠性的基本概念，2. 掌握衡量可靠性的尺度，3. 會運用正態(tài)分布函數(shù)及其代數(shù)運算，4. 熟練掌握疲勞強度的可靠性設(shè)計方法，5. 明確掌握威爾分布，可靠性的置信水平。教學內(nèi)容可靠性的基本概念，何亮可靠性的尺度，正態(tài)分布函數(shù)及其代數(shù)運算，疲勞強度的可靠性設(shè)計方法，威爾分布，可靠性的置信水平。第十三章 提高零件疲勞強度的方法（2學時）教學目的與要求1. 掌握合理選材，2. 了解表面冷加工強化，3. 理解表面熱處理強化，4. 會改進結(jié)構(gòu)。教學內(nèi)容合理選材，表面冷加工強化，表面熱處理強化，改進結(jié)構(gòu)。第十四章 蒙特卡羅法及其在疲勞強度科學中的應用（2學時）教

11、學目的與要求1. 了解隨機數(shù)的產(chǎn)生和檢驗，2. 任意給定分布的隨機抽樣，蒙特卡羅法在疲勞強度中的應用舉例。教學內(nèi)容隨機數(shù)的產(chǎn)生和檢驗，任意給定分布的隨機抽樣，蒙特卡羅法在疲勞強度中的應用舉例。四、實驗：1. 實驗目的與任務疲勞強度設(shè)計是建立在實驗基礎(chǔ)上的一門學科。只有模擬真實的荷載及環(huán)境，對被研制的設(shè)備或零部件進行實物試驗，才能正確地評價它們的真實疲勞特征，驗證疲勞設(shè)計的預期效果。但是，由于整機試驗只能抽極小的樣機進行，而零部件的疲勞試驗雖不如整機試驗接近實際，卻比用標準試樣更接近工作情況，所以，重要零部件的疲勞試驗是疲勞試驗中的一個重要方面。在零部件的疲勞試驗中，要消耗大量的零部件試樣，對于

12、不同的設(shè)計方案，又要制作不同結(jié)構(gòu)的試樣，對于不同的設(shè)計方案，又要制作不同結(jié)構(gòu)的試樣，很不方便。所以，一般多用結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的標準試樣進行疲勞試驗。文獻上給出的材料的疲勞性能數(shù)據(jù)，大多是用標準試樣得到的。如何把標準試樣的疲勞性能數(shù)據(jù)用于零部件的設(shè)計，是疲勞強度設(shè)計的重要內(nèi)容之一。實驗課是本課程的實踐環(huán)節(jié)，其作用是通過這樣一組實踐教學環(huán)節(jié)的實施，加強材料力學的工程概念，了解這門課程與工程實際的緊密關(guān)系，培養(yǎng)、鍛煉學生的創(chuàng)新思維和科研能力。大量與疲勞強度設(shè)計相關(guān)的產(chǎn)品和科研成果作為疲勞強度設(shè)計實驗實踐教學的內(nèi)容，通過參觀圖片實物、實驗演示以及學生自己觀察、分析和動手實踐達到實驗的目的。2. 實驗教學基本要求通過疲勞實驗，了解和掌握被研制的真實結(jié)構(gòu)及其零件，在盡可能模擬真實的荷載及環(huán)境條件下進行廣泛的實驗研究和驗證的方法。3. 實驗教材或指導書疲勞強度實驗指導書吉林大學校內(nèi)講義2005版。疲勞強度設(shè)計實驗 4.實驗項目一覽表序號實驗項目內(nèi)容提要實驗類型學時分配主要儀器設(shè) 備實驗地