第5章 零件的疲劳强度分析(补充)-学生

1、内燃机零件强度内燃机零件强度 分析与疲劳试验分析与疲劳试验 参考书：材料力学金属疲劳 疲劳强度 结构疲劳强度 静强度计算 用于受静载零件和不太重要受变载零件 可用于对受变载荷零件的初步计算。 静载下零件失效（failure）形式：屈服 断裂 （脆性或者韧性断裂） 第一强度理论：最大拉应力（最大主应力）：用于脆 性金属，如铸铁 第三强度理论：最大剪应力：塑性材料，屈雷斯加应 力（ Tresca） 第四强度理论：歪形能理论，米塞斯应力（ von mises） 疲劳强度计算 疲劳破坏：零件在变应力下的失效 金属材料的疲劳极限远小于强度极限，约1/3左右 45钢 -1=260MPa， b=600MPa

2、 疲劳破坏没有明显的塑性变形，疲劳断口的典型形貌 特征 断口分析：电镜扫描（SEM）+能谱分析（EDS） 疲劳强度计算 S-N曲线 Goodman曲线（Goodman-Simth,Haigh图） 雨流计数法 Miner准则 零件的载荷谱和应力谱 动态应变仪可测量零件应力历程 有限元分析可计算零件应力历程 如何计算疲劳强度？ 简单应力循环（对称和脉动） 最大应力，最小应力（应力幅、平均应力，应力比） maxminmaxminmin max - 22 m SSSSS SSaR S 随机应力循环 随机应力和简单应力的如何等效？ S-N曲线 S-N曲线：对称循环应力下的试验，疲劳主要取决于 应力循环次

3、数，受应力波形、频率影响不大， 有限寿命和无限寿命： 钢：107 次：无限寿命 铝：人为指定，如2X107 或5X107 材料的疲劳极限 一定的循环特征（应力比R=-1，或R=0 ），一定的循 环次数（钢107,铝要指定)下的最大应力（对R=-1来 说就是应力幅） -10 -1)0)SRSR（ 材料疲劳强度的估算 高周疲劳和低周疲劳 低周疲劳、高周疲劳、安全寿命 高周疲劳：S-N曲线 低周：e-N曲线 疲劳计算 如平均应力不为0，修正SN曲线 （Smith、 Goodman、Goodman-Smith、Haigh、等寿命曲线等） 左Smith图纵坐标：max, max 右图纵坐标：a 含平均应

4、力的疲劳极限图的简化形式 Gerber抛物线公式 Goodman直线公式，偏保守，简单，最常用 其他公式（折线） Goodman-SmithGoodman-Smith、HaighHaigh曲线曲线 QT800的疲劳极限图 以平均应力为横坐标，最大应力（=平均应力+应力幅）为纵坐 标得点L，从原点过L作直线交于点F，得安全系数。 直线斜率k一定，则R一定。 用的是同一R下，应力幅比值。 问题：疲劳极限多是弯曲试验得到，拉压，扭转疲劳极限是不 同的，非弯曲受载应用该弯曲疲劳极限图不合理。 注意：安全系数有不同的定义方法 aF n/ maxmax maxmin 22 1 m k R 大应变低周疲劳寿

5、命主要由应变控制（e-N曲线） 影响疲劳强度的因素 多种载荷下的疲劳寿命（S-N曲线的应用） 疲劳损伤线性累积（Miner法则） 复杂载荷的处理 疲劳主要取决于最大、最小应力（应力幅和 平均应力），应力循环的次数。波形、频率 对疲劳影响较小（正弦和三角波差别不大） 平均应力为零的正弦应力：S-N曲线 平均应力不为零的正弦应力：Goodman图 多个正弦应力的作用：Miner准则 任意的应力循环（随机载荷）怎样应用？ 复杂载荷的处理载荷计数 随机疲劳载荷等效处理载荷计数（循环次数） 各种计数方法：峰值计数、幅值计数、雨流计数 雨流计数法最常用 雨流计数 疲劳试验 0、整机试验复杂，成本高，优先零

6、部件试验 1、零部件试验中，真实载荷复杂，难以施加。可施加根据载 荷计数的得到的等效载荷，多为正弦载荷。计数组的个数、载 荷施加顺序、载荷施加频率对试验结果是有影响的 2、摩托车和汽车的道路模拟试验机。能再现整车受到的实际载 荷，还能滤掉对疲劳影响很小的载荷（如107），加速疲劳试验 进程 3、摩托车和汽车的在试车场进行耐久试验。试车场包含了可能 遇到的典型路面：大正弦路、比利时路、搓板路 4、本田摩托（上海研究所）的100米“典型路面”测量路谱， 得到载荷谱，然后进行耐久试验？ 5、如果把试车场的耐久试验和实际应用中10万公里关联？ 4通道轮胎耦合道路模拟试验机（4-poster） MTS和

7、Instron 电液伺服试验设备） 16通道轴耦合道路模拟试验机 2通道摩托车轮胎耦合道路模拟试验机 Honda的3通道轴耦合道路模拟试验机 曲轴疲劳强度试验方法曲轴疲劳强度试验方法 Rig testingRig testing：曲柄销圆角应力：曲柄销圆角应力 钢轴：钢轴：10107 7 球铁：球铁：5x105x106 6 几个小时完成疲劳试验几个小时完成疲劳试验 l高压腔压力：025 MPa l低压腔压力：05 MPa l波形：正弦，相位差180 l频率：15 Hz l107 次循环需8X24h 连杆疲劳强度试验（连杆疲劳强度试验（Rig TestRig Test） 电液伺服试验台（大头动力润滑，磨损不能模拟）电液伺服试验台（大头动力润滑，磨损不能模拟） 滑动轴承零部件试验（滑动轴承零部件试验（Rig testing） Underwood 轴承试验（多用）：偏心块调整轴承载 荷 Sapphire 轴承试验：液压油调整轴承载荷 用于轴承轴承可靠性，但难以和发动机测试关联 活塞销磨损试验活塞销磨损试验 要体现销