疲勞壽命設(shè)計(jì)方法

壽命設(shè)計(jì)辦法-王光建目錄?什么是疲勞失效?無限壽命設(shè)計(jì)辦法S-N曲線(wohlercurve)及疲勞極限

基于疲勞極限的評(píng)判考慮平均應(yīng)力的損傷修正?有限壽命設(shè)計(jì)辦法Miner法則(疲勞損傷線性累積)

雨流計(jì)數(shù)法壽命計(jì)算?疲勞壽命仿真計(jì)算?疲勞壽命計(jì)算的局限性疲勞失效?疲勞是一種機(jī)械損傷過程?特點(diǎn):在這一過程中即使名義應(yīng)力低于材料屈服強(qiáng)度；破壞前無明顯塑性變形，忽然發(fā)生斷裂?本質(zhì)：?交變載荷+金屬缺點(diǎn)?金屬的循環(huán)塑性變形（微觀）?疲勞普通包含裂紋萌生和隨即的裂紋擴(kuò)展兩個(gè)過程?疲勞是損傷的累積金屬內(nèi)部缺點(diǎn)微裂紋產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展斷裂

（晶體位錯(cuò)）疲勞發(fā)生過程?疲勞的判斷：金屬材料的疲勞斷裂口上，有明顯的光滑區(qū)域與顆粒區(qū)域，光滑區(qū)域是疲勞斷裂區(qū)，顆粒區(qū)

域是脆性斷裂區(qū)粗糙的脆性斷裂區(qū)光滑的疲勞區(qū)裂紋源無限壽命設(shè)計(jì)辦法-S-N曲線(Wohlercurve)及疲勞極限?S-N曲線是根據(jù)材料的疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的應(yīng)力和疲勞壽命的關(guān)系曲線?S-N曲線用于描述材料的疲勞特性σS-Ncurve1871年，Wohler首先對(duì)鐵路車軸進(jìn)行了系統(tǒng)的疲勞研究，發(fā)展了S-N曲線及疲勞極限概念無限壽命設(shè)計(jì)辦法-S-N曲線(Wohlercurve)及疲勞極限?疲勞極限：普通規(guī)定，循環(huán)次數(shù)107所對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力為疲勞極限σσlimitS-Ncurve無限壽命設(shè)計(jì)辦法-基于疲勞極限的評(píng)判?Alternatingstress作為判斷應(yīng)力Alternatingstress=(σmax-σmin)/2?判斷原則Alternatingstress<σlimitσσσlimitσ2√S-Ncurveσ×1無限壽命設(shè)計(jì)辦法-考慮平均應(yīng)力的損傷修正?平均應(yīng)力不同，交變應(yīng)力幅值相似的交變應(yīng)力造成的損傷不同。?平均應(yīng)力越大，交變應(yīng)力造成的損傷越大。σ1σ2N1N2無限壽命設(shè)計(jì)辦法-考慮平均應(yīng)力的損傷修正?Goodmanmethodσaσ1σca修正后的交變應(yīng)力σmean=(σmax+σmin)/2平均應(yīng)力σca>σaσa=(σmax-σmin)/2交變應(yīng)力σu拉伸強(qiáng)度σca例子1有限壽命設(shè)計(jì)辦法?當(dāng)交變載荷有較多的沖擊過載或工作載荷為隨機(jī)載荷時(shí)，工作應(yīng)力在某些時(shí)刻會(huì)越過疲勞極限。此時(shí)，疲勞壽命設(shè)計(jì)重要是確保構(gòu)件在設(shè)計(jì)的壽命之內(nèi)

不發(fā)生疲勞破壞，也即設(shè)計(jì)使構(gòu)件含有有限的疲勞壽命。有限壽命設(shè)計(jì)辦法-Miner法則（疲勞損傷線性累積）?如何使用S-N曲線作壽命評(píng)定->Miner法則?工作過程中，只有一種幅值的交變應(yīng)力σ例如，σ=60Mpa循環(huán)次，造成的損傷：Damage=n/NDamage=1時(shí)，疲勞發(fā)生NS-Ncurveσstresswithsameamplitude有限壽命設(shè)計(jì)辦法-Miner法則（疲勞損傷線性累積）?工作過程中，有多個(gè)幅值的交變應(yīng)力σσ1，σ2，σ3各自循環(huán)n1,n2,n3次，造成的損傷：Damage=n1/N1+n2/N2+n3/N3=Σni/NiDamage=1時(shí)，疲勞發(fā)生σ1σ2S-Ncurveσ3stresswithdifferentamplitude有限壽命設(shè)計(jì)辦法-雨流計(jì)數(shù)法?如何解決復(fù)雜交變應(yīng)力?雨流計(jì)數(shù)法有限壽命設(shè)計(jì)辦法-雨流計(jì)數(shù)法?雨流法能將應(yīng)力歷程的全部大大小小的應(yīng)力循環(huán)全部記下，大循環(huán)不會(huì)被小循環(huán)分割。如圖

1a所示，大循環(huán)585’和其中的小循環(huán)676’均被記下，這些大小應(yīng)力循環(huán)形成的應(yīng)力應(yīng)變滯回

圈（見圖1b），與重復(fù)塑性應(yīng)變引發(fā)的疲勞損傷機(jī)理相符。有限壽命設(shè)計(jì)辦法-雨流計(jì)數(shù)法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)?雨流法的計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)是用四峰谷值比較法。四峰值比較法能夠鑒別相鄰四峰谷中與否存在一種應(yīng)力循環(huán)。?但凡出現(xiàn)如圖2所示兩種狀況之一者，必存在一種應(yīng)力循環(huán)。其中圖2a所示的四峰谷值的關(guān)

系是：x1≥x2,且x1≥x3和x2≥x4。圖2b的關(guān)系是：x1≤x2,且x1≤x3和x2≤x4.?當(dāng)計(jì)算機(jī)從峰谷值數(shù)組中依次取出四個(gè)相鄰的峰谷值進(jìn)行鑒別時(shí)，若存在上述兩種狀況之一時(shí)，就記下這一循環(huán)的應(yīng)力值和平均應(yīng)力，然后抹去中間兩個(gè)峰谷值，再次從峰谷值數(shù)組中

依次取出兩個(gè)峰谷值構(gòu)成新的四個(gè)峰谷值。有限壽命設(shè)計(jì)法-壽命計(jì)算Miner法則獲取材料S-N曲線Life=(1/damage)*T疲勞損傷度計(jì)算壽命計(jì)算獲得短期實(shí)驗(yàn)應(yīng)力數(shù)據(jù)雨流法數(shù)據(jù)解決考慮平均應(yīng)力的損傷修正T：短期實(shí)驗(yàn)時(shí)間疲勞壽命仿真計(jì)算獲取材料S-N曲線Life=(1/damage)*T疲勞損傷度計(jì)算壽命計(jì)算獲得短期實(shí)驗(yàn)應(yīng)力數(shù)據(jù)仿真獲取應(yīng)力數(shù)據(jù)?對(duì)于復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⒍囿w動(dòng)力學(xué)和有限元分析相結(jié)合，從而獲得機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)持續(xù)應(yīng)力數(shù)據(jù)?用仿真的辦法能夠替代樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，從而能在設(shè)計(jì)早