疲劳强五PPT学习教案

1、会计学1 疲劳强五疲劳强五 对于等幅交变应力，可用材料的 SN 曲线(如图 23)或 am SS曲线(如图 211)以表示在不同应力水平下到达破坏所需 要的循环次数。 同样，对于典型的构件（如接头）或组合件，也可以通过试 验，得出这样的曲线，以表示其疲劳性能。例如，图 61 就是 一个用一种不绣钢制造的飞机零件的SN曲线。 第1页/共44页 第2页/共44页 第3页/共44页 第4页/共44页 例如，零件在两个不同应力水平 1 S和 2 S下循环加载， 且知道每一小时中， 1 S循环 1 N次， 2 S循环 2 N次。 用SN曲 线，我们可以确定，仅在 1 S作用下，至破坏时的循环数为 1 N

2、；仅在 2 S作用下，至破坏时的循环数为 2 N。可是我们 无法直接知道，同时作用 1 S和 2 S时（ 1 S和 2 S的组合可以 是各种各样的） ，零件的寿命到底是多少小时。 第5页/共44页 第6页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 直到目前，工程上仍被广泛采用的累积损伤理论是首 先由德国人帕尔姆格林（Palmgram）于 1924 年，和美国 人迈纳 （Miner） 于 1945 年所提出的线性累积损伤理论 （这 种累积损伤理论在国外文献中常称为PalmgramMiner理 论，或简称为 Miner 理论） 。 第7页/共44页 5一一2 线性累积损

3、伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 基本假设基本假设： (1)各级交变应力引起的疲劳损伤可以分别计算， 然后再线 性叠加起来。 (2)而某级应力水平 i S造成的疲劳损伤与该应力水平所施 加的循环数 i n和在同一应力水平下直至发生破坏时所需的循 环数 i N的比值成正比，即与比值/ ii nN成正比例，比值/ ii nN一 般称为“循环比” ，或“损伤比” 。 第8页/共44页 312 123 1 i i nnnn NNNN 第9页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 上式是多级循环加载下的破坏条件，也是线性累积损伤理 论的计算公式。 有了这个公式，再加

4、上所需的SN曲线，就可以进行疲劳 寿命估算了。 第10页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 例 1：一个飞机零件用一种不锈钢板制造，理论应力集中 系数 t K为 4.0，用试验得到的SN曲线如图所示。根据实测统 计，每次飞行遭遇的应力历程如下： 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：零件破坏前可以飞行的次数。 第11页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 解：由图查得 0 一 42 公斤毫米 2 应力

5、作用下破坏时的循环数 1 N3.5103 0 一 35 公斤毫米 2 应力作用下破坏时的循环数 2 N1.2104 0 一 21 公斤毫米 2 应力作用下破坏时的循环数 3 N1.7105 0 一 14 公斤毫米 2 应力作用下破坏时的循环数 4 N108 现列表计算如下： 第12页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 由上表可见，每次飞行的总损伤为 3 2.295 10 i i n N 若零件破坏前能飞L次，则由 3 2.295 101L 可得 3 1 436 2.295 10 L (次) 显然， 计算得到的是该零件坏破前可能进行的飞行次数的平均 值。实际应

6、用中，该零件破坏前可能进行的飞行次数将在 436 次上、下波动。 第13页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 通过上例，可见只要有了所需的SN曲线，线性累积损 伤理论为疲劳寿命估算及载荷谱的简化折算等提供了一个简 便的方法。 第14页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 第15页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 由于线性累积损伤理论存在上述种种问题， 就必然导致理 论计算结果与实际寿命间常有不同程度的差别。 因此，用这种累积损伤理论计算的疲劳寿命只称为“估 算” 。 以往为了使估算的寿命

7、更符合实际情况， 国内外曾对破坏 条件中的系数值作过不少研究推敲。 第16页/共44页 5一一2 线性累积损伤理论及其应用线性累积损伤理论及其应用 1956 年科汀-多伦提出修正线性累积损伤理论，即把线性 累积损伤的破坏条件用公式： i i n K N 来表示，而对系数K再规定合理的数值。 例如在飞机设计中，有人根据机其结构全尺寸疲劳试验 结果，建议对于典型的飞机结构部件（如机翼等）K值取 1.5。 而对元件仍用K1。也有人为了安全，建议K值改用 0.5 或 更低的值。 第17页/共44页 5一一3 名义应力无限寿命设计方法名义应力无限寿命设计方法 以名义应力为基本设计参数的抗疲劳设计方法称

8、为常规疲劳设计，也称为名义应力法，是最早使用的 抗疲劳设计方法。 包括：无限寿命设计 有限寿命设计 第18页/共44页 5一一3 名义应力无限寿命设计方法名义应力无限寿命设计方法 1. 无限寿命设计 无限寿命设计法由 CepeHceH C. A. （谢联先）于 40 年 代提出，是最早使用的抗疲劳设计方法，现在仍在广泛使用。 无限寿命设计法的出发点是，零件在设计应力下能够长 期安全使用。 第19页/共44页 5一一3 名义应力无限寿命设计方法名义应力无限寿命设计方法 第20页/共44页 5一一3 名义应力无限寿命设计方法名义应力无限寿命设计方法 对于很多安装在地面上不常搬动的民用机械，对它们的

9、主要要 求是使用可靠和寿命长，而对机器的自重常常没有严格限制。对于 这些机器往往使用无限寿命设计法。 这时，机器的重量虽然比使用有限寿命设计法为重，但由于使 用寿命比有限寿命设计法大大增加，从经济上看还是比用有限寿命 设计法合算。 特别是那些只生产一台或几台的重型机械，机器成本很高，不 允许造备品，而一台出了事故，就要长时间停产，造成的损失很大。 对于这些机器，为了确保能够长期安全使用，更加应当使用无限寿 命设计法。 第21页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 2. 有限寿命设计 有限寿命设计法只保证机器在一定的使用期限内安全使 用。 因此， 它允许零件的工

10、作应力超过疲劳极限， 机器的重量 比无限寿命设计法为轻，是当前许多机械产品的主导设计思 想。如飞机、汽车等对自重有较高要求的产品，都使用这种设 计方法进行抗疲劳设计。 第22页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 名义应力有限寿命设计法是一种使用较早的有限寿命设 计法，已经使用多年，使用经验比较丰富。这种设计法常称为 安全寿命设计， 它是无限寿命设计法的直接发展， 二者的基本 设计参数都是名义应力。 第23页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第24页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 无

11、限寿命设计与有限寿命设计的区别： （1）无限寿命设计法使用的是SN曲线的右段水平部分，亦 即疲劳极限；而有限寿命设计法使用的是SN曲线的左段斜 线部分，亦即有限寿命部分。 第25页/共44页 第26页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 1等幅应力 （1）对称循环 零件SN曲线是名义应力有限寿命设计法的基础。当然， 用全尺寸零件进行疲劳试验是得出零件SN曲线的最好方 法。但是，在设计阶段零件还没有设计制造出来，往往没有条 件这样做。这时，常用的方法是利用材料SN曲线估算出零 件SN曲线。使用这种方法进行疲劳设计的步骤如下： 第27页/共44页 5一一4 名义应

12、力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第28页/共44页 1）、作出对称循环下的材料 曲线，可以使用以下三种方法： 从手册或文献上查出所用材料的 曲线。 对所用材料进行疲劳试验，得出其材料 曲线。 在没有现成的 曲线可利用，也没有条件进行疲劳试验时，可使用简化方法。 SN SN SN SN 第29页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第30页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第31页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第32页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力

13、有限寿命设计方法 第33页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第34页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第35页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第36页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 （2）非对称循环 在非对称循环下，不但需要零件SN曲线还需要零件 的 Goodman 图。下面叙述利用零件的SN曲线和 Goodman 图进行疲劳设计的步骤： 1） 、作出材料的 Goodlman 图。在 am 坐标上，将纵轴上的 1N 与横轴上的 b 相连，即

14、可得出疲劳寿命为 N时的材料 Goodman 图。 2） 、作出零件的 Goodman 图。将材料SN曲线中 1N 的换 为 1DN 即可得出零件 Goodman 图。 第37页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 3） 、疲劳寿命估算。如图所 示，先将工作应力 a 和 m 乘 以许用安全系数n，得出计 算 应 力 ag 和 mg ， 将 点 (,) mgag Q与 静 载 破 坏 点 (,0) b B直线相连， 并将其延 长交纵轴于 1 (0,) DN C ，则 BC 即为等寿命线， 其寿命可 根据 1DN 从零件SN曲线 上查出。 第38页/共44页 5一

15、一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第39页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 第40页/共44页 5一一4 名义应力有限寿命设计方法名义应力有限寿命设计方法 （1）分析确定零件的载荷谱 对承受随机载荷的零件进行寿命估算时，必须先进行载 荷谱分析。对于正在设计中的机器，虽然不能确切知道它将 来如何使用，但可以根据过去对这类机器载荷情况的调查， 再加上对新的使用条件的估计，制订出其设计载荷谱。 如果不考虑循环过程中的强化和弱化作用，也不考虑过 载效应等，认为疲劳损伤与加载次序无关，也不考虑每次循 环的路径和持续时间的不同，只认为峰值和谷值起作用，这 样就可以用上一章中的雨流法对载荷谱进行简化。 第41页/共44页