疲勞分析簡介

1、PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 1耐久性和疲勞分析概述耐久性和疲勞分析概述PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 2什么是耐久性什么是耐久性? 耐久性是耐久性是“保證其經(jīng)久耐用的能力!” 可靠性是可靠性是“在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能的機會!”PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Sof

2、tware CorporationS1 - 3從實踐角度，疲勞是：從實踐角度，疲勞是： 在不斷變化下的負(fù)載作用下導(dǎo)致失效的過程，并且實際應(yīng)力值低于屈服強度; 由裂紋萌生和隨后的裂紋擴展組成，裂紋萌生和裂紋擴展是塑性變形不斷循環(huán)的結(jié)果。疲勞定義疲勞定義參照BS 7608:“疲勞是指反復(fù)應(yīng)力作用下裂紋或裂紋群的產(chǎn)生和逐步擴展所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)部件破壞的現(xiàn)象”PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 4疲勞的物理基礎(chǔ)疲勞的物理基礎(chǔ)疲勞失效通常開始于樣品或部件的表面疲勞失效通常開始于樣品或部件的表面

3、疲勞失效開始于小的微觀裂紋，因此對微小的應(yīng)力增加都非常敏感疲勞失效開始于小的微觀裂紋，因此對微小的應(yīng)力增加都非常敏感疲勞的過程包含從持續(xù)的滑移帶上微小裂紋的生成到持續(xù)彈塑性變形下疲勞的過程包含從持續(xù)的滑移帶上微小裂紋的生成到持續(xù)彈塑性變形下長裂紋的擴展整個過程長裂紋的擴展整個過程PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 5小裂紋產(chǎn)生的原因很多小裂紋產(chǎn)生的原因很多: 第二相粒子的裂變或界面脫離(cracking or debonding of second phase particles

4、); 表面上的自然劃痕和加工痕; 腐蝕坑或晶間腐蝕; 鑄造氣孔; 鍛造成型留下的圈痕; 脆面層疲勞的物理基礎(chǔ)疲勞的物理基礎(chǔ)(續(xù)續(xù))PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 6裂紋的產(chǎn)生和擴展裂紋的產(chǎn)生和擴展: STAGE I AND IIPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 7Persistent SlipBand FormationStage ICrack GrowthS

5、tage IICrack Growth1mm裂紋的產(chǎn)生和擴展裂紋的產(chǎn)生和擴展: STAGE I AND II (續(xù)續(xù))PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 8疲勞壽命計算方法概述疲勞壽命計算方法概述PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 9疲勞壽命方法疲勞壽命方法S-N (Stress-Life方法方法)名義或局部彈性應(yīng)力與總壽命的關(guān)系E-N (Strain-Life方法

6、方法)局部應(yīng)變與裂紋萌生壽命的關(guān)系LEFM (裂紋擴展方法裂紋擴展方法) 應(yīng)力強度與裂紋擴展速率的關(guān)系所有的方法均都基于相似性原理所有的方法均都基于相似性原理PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 10也稱為應(yīng)力也稱為應(yīng)力-壽命和全壽命方法壽命和全壽命方法評估產(chǎn)生嚴(yán)重失效的總疲勞壽命評估產(chǎn)生嚴(yán)重失效的總疲勞壽命疲勞壽命由對數(shù)應(yīng)力疲勞壽命由對數(shù)應(yīng)力-循環(huán)循環(huán)(S-N)曲線計算曲線計算該方法適合于長壽命疲勞失效問題，因為該方法是基于名義彈性應(yīng)力，即使有該方法適合于長壽命疲勞失效問題，因為

7、該方法是基于名義彈性應(yīng)力，即使有小的塑性發(fā)生。小的塑性發(fā)生。疲勞壽命評估與失效概率相關(guān)，因為疲勞壽命評估與失效概率相關(guān)，因為S-N曲線上有一定的分散性。曲線上有一定的分散性。S-N 方法方法PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 11snomnomsNotched ShaftUnnotched ShaftStress AmplitudeLife in CyclesS-N 方法方法 相似理論相似理論The life of this . . . . . . . . . . . . . .

8、 . . is the same as the life of this . . . . .if both are subject to the same nominal stressPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 12也稱作局部應(yīng)變方法，裂紋萌生方法，和應(yīng)變也稱作局部應(yīng)變方法，裂紋萌生方法，和應(yīng)變-壽命方法。壽命方法。E-N方法是汽車行業(yè)里評估壽命方法中最常用的一個。方法是汽車行業(yè)里評估壽命方法中最常用的一個。實際上，裂紋萌生意味著已經(jīng)有實際上，裂紋萌生意味著已經(jīng)有1-2m

9、m的裂紋發(fā)生。這往往在部件壽命中占的裂紋發(fā)生。這往往在部件壽命中占較高比例。較高比例。 許多汽車部件的設(shè)計允許使用中出現(xiàn)大的塑性變形許多汽車部件的設(shè)計允許使用中出現(xiàn)大的塑性變形(特別是在試車場特別是在試車場)。這種情。這種情況下況下 E-N方法比基于忽略塑性變形的方法比基于忽略塑性變形的S-N方法更好。方法更好。E-N 方法方法PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 13The crack initiation life here . . . . . is the same as i

10、t is here . . . . .if both experience the same local strainseeE-N方法方法- 相似理論相似理論PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 14 也稱作“低周期疲勞” 或“局部應(yīng)變方法” 局部應(yīng)變可以是彈性或塑性，因此它適于低周期疲勞。NPlastic (Low CycleFatigue Line)Elastic (High CycleFatigue Line)應(yīng)變應(yīng)變-壽命壽命 (E-N)曲線曲線PAT318A, Secti

11、on 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 15/sN1000 CyclesLow CycleRegion(EN Method)High CycleRegion(SN or EN Method)Infinite Life107 CyclesE-N CurveS-N CurveS-N & E-N 曲線在高周期區(qū)域重合因為名義應(yīng)力是線彈性的E-N 也能用到低周期區(qū)域。S-N不能, 因為該區(qū)域不存在線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系S-N和和E-N疲勞曲線比較疲勞曲線比較PAT318A, Section 1, October 2

12、012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 16裂紋擴展裂紋擴展(LEFM)方法方法裂紋萌生后剩余的壽命是多少裂紋萌生后剩余的壽命是多少?一個已經(jīng)或即將發(fā)生裂紋的部件其安全壽命或相應(yīng)監(jiān)測計劃是怎樣的一個已經(jīng)或即將發(fā)生裂紋的部件其安全壽命或相應(yīng)監(jiān)測計劃是怎樣的?裂紋擴展方法是以線彈性斷裂力學(xué)裂紋擴展方法是以線彈性斷裂力學(xué)(LEFM)為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的它將應(yīng)力強度因子和裂紋擴展速率聯(lián)系起來它將應(yīng)力強度因子和裂紋擴展速率聯(lián)系起來采用逐個循環(huán)計算來預(yù)測壽命采用逐個循環(huán)計算來預(yù)測壽命它被廣泛應(yīng)用在航空，船舶和能源領(lǐng)域它被廣泛應(yīng)用在航空，船舶和能源領(lǐng)域PAT

13、318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 17This crack . . . . . . . grows at the same rate as this oneif both experience the same stress intensity factors裂紋擴展方法裂紋擴展方法- 相似理論相似理論PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 18Total Life = C

14、rack Initiation + Crack GrowthS-N Local Strain LEFMNf = Ni + Np方法總結(jié)方法總結(jié)This is an interesting view of the 3 methods but is practically flawed because in reality the S-N and E-N approaches are just slightly different versions of the same type of approach.PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012

15、 MSC.Software CorporationS1 - 19應(yīng)力壽命應(yīng)力壽命 (S-N) 方法方法PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 20應(yīng)力壽命應(yīng)力壽命 (S-N) 理論理論S-N 方法評估全壽命，而沒有清楚區(qū)分初始裂紋和裂紋擴展方法評估全壽命，而沒有清楚區(qū)分初始裂紋和裂紋擴展它通常要求涉及到幾何模型的試驗數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)它通常要求涉及到幾何模型的試驗數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)S-N曲線曲線材料材料S-N曲線從光滑樣件試驗中獲得，隨后可以修改成為反映缺口，表面處曲線從光滑樣件試驗中獲得，隨后可以

16、修改成為反映缺口，表面處理等影響的實際結(jié)構(gòu)的曲線理等影響的實際結(jié)構(gòu)的曲線PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 21假設(shè)和定義假設(shè)和定義變形可以被分成彈性(可完全回復(fù)的)和塑性(永久變形的)部分應(yīng)力范圍是一個循環(huán)中的最大、最小應(yīng)力的代數(shù)差應(yīng)力幅值是應(yīng)力范圍的一半PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 22S-N曲線曲線PAT318A, Section 1, October

17、2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 23Wohler的鐵路部件試驗設(shè)備的鐵路部件試驗設(shè)備(1852 to 1870)早期疲勞試驗早期疲勞試驗PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 24Stress AmplitudeNotched ShaftUnnotched ShaftLog (fatigue life)Wohler的一些旋轉(zhuǎn)彎曲試驗數(shù)據(jù)的一些旋轉(zhuǎn)彎曲試驗數(shù)據(jù)早期早期S-N曲線曲線PAT318A, Section 1, O

18、ctober 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 25S-N 方法方法S-N 方法用名義應(yīng)力范圍作為疲勞載荷的度量方法用名義應(yīng)力范圍作為疲勞載荷的度量在試驗中記錄失效壽命在試驗中記錄失效壽命(兩段兩段)試驗在表征試驗在表征S-N曲線的應(yīng)力范圍的幾個級別上進行曲線的應(yīng)力范圍的幾個級別上進行這樣的曲線可以來自光滑試件這樣的曲線可以來自光滑試件,獨立部件獨立部件,子裝配或者完整結(jié)構(gòu)子裝配或者完整結(jié)構(gòu)PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS

19、1 - 26S-N 方法的應(yīng)用方法的應(yīng)用S-N 方法的應(yīng)用包括方法的應(yīng)用包括:為設(shè)計目的建立一個較好定義的疲勞曲線為設(shè)計目的建立一個較好定義的疲勞曲線 確定一個給定壽命的疲勞強度確定一個給定壽命的疲勞強度展示一個提高疲勞壽命的來自材料或者表面處理的影響展示一個提高疲勞壽命的來自材料或者表面處理的影響為制造挑選材料為制造挑選材料解答使用中失效的問題解答使用中失效的問題PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 27恒幅加載的鋼材展示一個疲勞極限恒幅加載的鋼材展示一個疲勞極限-低于這個應(yīng)力沒

20、有明顯的疲勞損低于這個應(yīng)力沒有明顯的疲勞損傷發(fā)生傷發(fā)生.疲勞極限與裂紋通過第一晶界的難度、或者占主導(dǎo)地位的微觀障礙有疲勞極限與裂紋通過第一晶界的難度、或者占主導(dǎo)地位的微觀障礙有關(guān)。它可以在幾個大載荷或腐蝕性環(huán)境里被減少或消除關(guān)。它可以在幾個大載荷或腐蝕性環(huán)境里被減少或消除鋁合金似乎沒有疲勞極限鋁合金似乎沒有疲勞極限PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 28材料材料 S-N 曲線曲線Log(Stress)Log(Life)Steel or TiAl alloyor steel in

21、seawaterPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 29S-N 曲線發(fā)散性曲線發(fā)散性由于試驗的統(tǒng)計學(xué)特征, 任何給的的S-N曲線關(guān)聯(lián)一定的失效概率更多的關(guān)于S-N的關(guān)系的認(rèn)知可以從描述發(fā)散帶寬(比如+/-3標(biāo)準(zhǔn)偏差)以及平均曲線(50%生存率)獲得。PAT318, Section 16, September 2008Copyright 2008 MSC.Software CorporationS16-30解析的解析的 S-N 曲線曲線靜力極限靜力極限1m2Stress range

22、 ( s) log scale耐久數(shù)耐久數(shù) N (cycles) - log 刻度刻度107(s)1115*108S-N 曲線可以用冪定律表達: N*Sm=const 在對數(shù)坐標(biāo)中就是一條直線，一般有2段m1m2=0 表示應(yīng)力Se為疲勞極限應(yīng)力If m2 0, 一個慣例表達的疲勞極限可以設(shè)定在:N=5*E8PAT318, Section 16, September 2008Copyright 2008 MSC.Software CorporationS16-31MSC Fatigue 中解析中解析S-N曲線曲線*MSC.Fatigue 也給一個選項提供一族曲線來用于多平均疲勞曲線選項n對于 S

23、-N 曲線, MSC.Fatigue 在常規(guī)冪定律中用一個變量 ( N*Sm=const) :S=SRI1*Nb (注: m=-1/b)n兩個直線可以用b1和b2兩個疲勞強度指數(shù)來定義 (見下一個圖)PAT318, Section 16, September 2008Copyright 2008 MSC.Software CorporationS16-32MSC.Fatigue 中解析中解析S-N曲線曲線(續(xù)續(xù))m11b11S=SRI1*Nb (with m=-1/b)PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software Cor

24、porationS1 - 33變幅載荷變幅載荷 米勒定律米勒定律 和和 雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 34米勒定律米勒定律 塊載荷塊載荷米勒定律指定每一個循環(huán)是1/Nf 的損傷，Nf是某載荷幅值的失效循環(huán)次數(shù) (通過 S-N 確定)當(dāng)總損傷到達1的時候表示失效，如果總損傷D 1 ，壽命預(yù)測將是1/D次循環(huán)。PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 -

25、 35RangeMeanSN100 MPa60000材料壽命曲線壽命損傷累積%5.060000300=300 Cycles100 MPa=ifiNN損傷米勒損傷計數(shù)米勒損傷計數(shù)PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 36PalmgrenMiner 損傷累積原理損傷累積原理PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 37線性米勒損傷理論的優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點:1. 簡單2. 測試結(jié)果通

26、常落在一個球形區(qū)域 e.g. 在(0.61-1.45)區(qū)間內(nèi)變化,平均值是1.0 缺點缺點:假設(shè)應(yīng)力大小不影響損傷比例，例如：試驗顯示高應(yīng)力到低應(yīng)力的變化比其它方式會引起更多損傷 niNfiPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 38變幅載荷變幅載荷評估壽命評估壽命PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 39 應(yīng)力或者應(yīng)變循環(huán):Stress or StrainTimeStr

27、ess or StrainTime時間歷程峰值提取雨流計數(shù) 要求循環(huán)范圍和平均值什么促使疲勞斷裂什么促使疲勞斷裂?PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 40SN tests are conducted under constant amplitude sinusoidal loading.Real loading is usually fairly random.The question is: How do we break down real loads into equiva

28、lent cycle ranges so we can use the same SN curves?This done using Rainflow Cycle Counting.VARIABLE AMPLITUDE LOADINGPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 41RAINFLOW CYCLE COUNTING ORIGINAL DEFINITIONPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software Co

29、rporationS1 - 42雨流計數(shù)雨流計數(shù)關(guān)于雨流計數(shù)的故事：關(guān)于雨流計數(shù)的故事：Matsuishi 和和Endo 觀測雨水成瀑布樣觀測雨水成瀑布樣從寶塔屋頂流下得到啟發(fā)從寶塔屋頂流下得到啟發(fā).基本規(guī)則：雨流從每一個拐點開始流下，直到下面任何一個情基本規(guī)則：雨流從每一個拐點開始流下，直到下面任何一個情況：況： 被上面的雨滴中止，被上面的雨滴中止， 或者停止于一個在同一方向比它更大的（或者更負(fù)的）點或者停止于一個在同一方向比它更大的（或者更負(fù)的）點描述循環(huán)一個好的方法是雨流循環(huán)計數(shù)矩陣描述循環(huán)一個好的方法是雨流循環(huán)計數(shù)矩陣PAT318A, Section 1, October 2012Co

30、pyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 43循環(huán)計數(shù)矩陣循環(huán)計數(shù)矩陣PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 44時間歷程峰谷提取雨流循環(huán)計數(shù)SN100 MPa60000損傷計數(shù)損傷直方圖LIFE分析流程分析流程 綜述綜述不精確的頻率信息不精確的頻率信息不精確的頻率信息不精確的頻率信息Stress or StrainTimeStress or StrainTime壽命PAT318A, Section 1, October 2012Copyri

31、ght 2012 MSC.Software CorporationS1 - 45Mean stressComponent sizeType of loadingNotches and discontinuitiesSurface treatment & finishFACTORS INFLUENCING FATIGUE LIFEPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 46MEAN STRESSESStress amplitudeN = constant for all poi

32、nts(Compressive mean)(Tensile mean)-MMmNnTensile mean stress reduces fatigue life.Compressive mean stress has little effect.PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 47應(yīng)力比率應(yīng)力比率: R = s smin/s smax絕大多數(shù)試驗采用絕大多數(shù)試驗采用 R = -1 (全交變載荷全交變載荷). 如果我們循環(huán)載荷采用其它如果我們循環(huán)載荷采用其它R值，那么我們需要

33、修正應(yīng)力范值，那么我們需要修正應(yīng)力范圍，以能夠比照圍，以能夠比照R=-1時所獲得的循環(huán)時所獲得的循環(huán)S-N曲線。曲線。注注:受壓平均應(yīng)力不影響疲勞壽命受壓平均應(yīng)力不影響疲勞壽命.平均應(yīng)力平均應(yīng)力Tensile mean stress reduces fatigue life.Compressive mean stress has little effect.PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 48-200-1000100200300400500600-2-1.5-1-0.500.

34、51Typical stress signalR ratioEXAMPLER ratio - R=Smin/SmaxPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 49平均應(yīng)力修正平均應(yīng)力修正PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 50最流行的平均應(yīng)力修正是最流行的平均應(yīng)力修正是Goodman 和和 Gerber 方法方法. 真實的測試數(shù)據(jù)位于兩者之間真實的測試數(shù)據(jù)位于兩者之間,G

35、oodman方法更加保守一些方法更加保守一些(也就是說也就是說更安全更安全)。第三種方法是第三種方法是Soderberg ，該方法非常保守（使用屈服應(yīng)力而不是極，該方法非常保守（使用屈服應(yīng)力而不是極限應(yīng)力）限應(yīng)力）平均應(yīng)力修正平均應(yīng)力修正PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 51平均應(yīng)力影響的修正平均應(yīng)力影響的修正Goodman methodGerber methodssaemuSS+=12ssaemuSS+=1sssamuem應(yīng)力幅值平均 應(yīng)力S拉伸強度極限應(yīng)力S= 0等效應(yīng)力幅

36、值 當(dāng)PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 52Mean stressComponent sizeType of loadingNotches and discontinuitiesSurface treatment & finishFACTORS INFLUENCING FATIGUE LIFEPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 53部件尺寸部件尺寸 小的試

37、驗室樣件和大的工程結(jié)構(gòu)之間的差異小的試驗室樣件和大的工程結(jié)構(gòu)之間的差異尺寸對耐久極限的影響尺寸對耐久極限的影響:PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 54部件尺寸部件尺寸 用于設(shè)計的用于設(shè)計的Se可以從試驗的任意尺寸的耐久極限可以從試驗的任意尺寸的耐久極限 Se 計算得計算得到到: Se=Se Csize PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 55Mean stress

38、Component sizeType of loadingNotches and discontinuitiesSurface treatment & finishFACTORS INFLUENCING FATIGUE LIFEPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 56載荷類型載荷類型問題問題:l 數(shù)據(jù)來自旋轉(zhuǎn)彎曲試驗l 結(jié)構(gòu)受拉和扭l一個保守的軸向載荷對彎曲載荷的耐久極限比值估計是：0.7 Se (軸向) .70 Se(彎曲)l一個扭轉(zhuǎn)相似的比率可以給出:.577Se (

39、扭轉(zhuǎn)) .577 Se(彎曲)PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 57Mean stressComponent sizeType of loadingNotches and discontinuitiesSurface treatment & finishFACTORS INFLUENCING FATIGUE LIFEPAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 58

40、另外一個減少部件壽命的因素是缺口或者應(yīng)力集中另外一個減少部件壽命的因素是缺口或者應(yīng)力集中.通常，除非高強度金屬材料，部件的疲勞極限的降低程度并不像通常，除非高強度金屬材料，部件的疲勞極限的降低程度并不像你通過你通過Kt (應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù))因子想象的那么多。因子想象的那么多。 Kt 和和 Kf 的差別取決于材料對缺口的靈敏度的差別取決于材料對缺口的靈敏度, 對于高強度金屬這對于高強度金屬這個差別最大。個差別最大。缺口缺口PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 59Kt 應(yīng)力集

41、中系數(shù) Example from Petersons Stress Concentration Factors (Walter D. Piley)PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 60應(yīng)力集中的處理方法應(yīng)力集中的處理方法實測的名義應(yīng)力實測的名義應(yīng)力 = S應(yīng)力集中區(qū)域的真實應(yīng)力應(yīng)力集中區(qū)域的真實應(yīng)力s s = S . Kt 在應(yīng)力集中區(qū)域很少可能貼應(yīng)變片測量在應(yīng)力集中區(qū)域很少可能貼應(yīng)變片測量.實際上是把應(yīng)變片貼在接近應(yīng)力集中的地方用應(yīng)力校正因子實際上是把應(yīng)變片貼在接近應(yīng)力集中的

42、地方用應(yīng)力校正因子Kt去放大以得到應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值去放大以得到應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值.PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 61應(yīng)力集中在應(yīng)力集中在 Fatigue中處理方法中處理方法在疲勞問題上在疲勞問題上,應(yīng)力集中的缺口會減少給定壽命的疲勞應(yīng)力，應(yīng)力集中的缺口會減少給定壽命的疲勞應(yīng)力，可以用疲勞強度縮減因子可以用疲勞強度縮減因子Kf來表示。確切地說來表示。確切地說,，Kf 來自長的來自長的疲勞壽命測試，它是一個比值疲勞壽命測試，它是一個比值: 沒有切口的疲勞強度沒有切口的疲勞

43、強度Kf = - 有切口的疲勞強度有切口的疲勞強度它取決于材料和幾何形狀。通常小于它取決于材料和幾何形狀。通常小于Kt 。 PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 62Mean stressComponent sizeType of loadingNotches and discontinuitiesSurface treatment & finishFACTORS INFLUENCING FATIGUE LIFEPAT318A, Section 1, October 201

44、2Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 63表面處理和光潔度表面處理和光潔度疲勞裂紋通常開始在表面，因此表面情況對一個部件的壽命的影響很疲勞裂紋通常開始在表面，因此表面情況對一個部件的壽命的影響很大。大。表面越光滑，它能夠承受產(chǎn)生初裂紋的時間越長。表面越光滑，它能夠承受產(chǎn)生初裂紋的時間越長。表面殘余應(yīng)力也影響裂紋產(chǎn)生，殘余壓應(yīng)力在高周疲勞時候會延遲初表面殘余應(yīng)力也影響裂紋產(chǎn)生，殘余壓應(yīng)力在高周疲勞時候會延遲初裂紋的產(chǎn)生。裂紋的產(chǎn)生。表面處理用來產(chǎn)生殘余應(yīng)力。表面處理用來產(chǎn)生殘余應(yīng)力。PAT318A, Section 1, October 201

45、2Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 64表面加工表面加工注注: 這些曲線僅僅用于鋼這些曲線僅僅用于鋼.PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 65表面加工的影響可從類似的上一頁幻燈片的曲線獲得表面加工的影響可從類似的上一頁幻燈片的曲線獲得. . 強度縮減因子和表面加工因子以及鋼的強度有關(guān)。強度縮減因子和表面加工因子以及鋼的強度有關(guān)。 有時候曲線是定性的，如精加工。有時候曲線是定性的，如精加工。表面粗糙考慮是通過對耐久性極限或疲勞極

46、限作用一個縮減系數(shù)。表面粗糙考慮是通過對耐久性極限或疲勞極限作用一個縮減系數(shù)。 在對數(shù)圖上，調(diào)整應(yīng)力壽命曲線的斜率。在在對數(shù)圖上，調(diào)整應(yīng)力壽命曲線的斜率。在10001000次位置的應(yīng)力不次位置的應(yīng)力不受影響。受影響。表面加工表面加工PAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 66表面加工情況的校正表面加工情況的校正1000 cyclesTransition LifepolishedroughStressLifePAT318A, Section 1, October 2012Copyright 2012 MSC.Software CorporationS1 - 67殘余壓應(yīng)力的影響殘余壓應(yīng)