疲劳强度课件课件

1、 bn设计要求参考相关结构，进行受力分析，包括：动力学彷真，有限元计算，疲劳强度计算 确定结构尺寸结构疲劳实验 结束修改结构 是否满足要求试样裂纹区瞬间断裂区疲劳扩展区疲劳源区sb0 . 7sb0 . 8sb0 .70 .8sbmaxmin2amaxmin2mmaxmaminma2amxmniar1r0r 1rNmNClogloglogNmC1rm0m10m1r122()21( )2xfxe123111(.)nniixxxxxnn21()1niixn1()()* exp() bbooaoaoaoNNNNbfNNNNNNNoNaN( )f x()1fx dx R=1-P=1-( )pxfx dx

2、 =( )pxf x dx =( ) ( )pxf x dxf x dx()0.5pxfx dx22()21122pxxedxxu22021122puuRedppxu RppxumiiNClogloglogiiNmClogloglogiiNCmoglogppplNabpNppabp50%P=50%2a11() mba121()mba1(1)mbaa11bmbmb Goodmana1(1)ms12m1n2nmn1W2WmW12.mWWWWiNiiiinWWNiii12m.nnnWWWWNNNi1i1minNiinNiinNiinNDmiiNC11111 1mmmmmmiiiiiimmiiiiii

3、nnnnNCCN1111()mmiiinNi1miNnii1iiminnNniiinN1111111()()1mmmmiiiiiiNNN111()mmiiiNN1d11()miiiNN1231n2n31320N2185000N 35900N11n2 0 00 .6 33 2 0N22n4 0 0 0 00 .2 21 8 5 0 0 0N333nn10.850.155900N3n800次11K1K11K0.88()KArdmax0max00FA011()()dd1()d01()d0d11()1()1KK 111kkmiiiiiindnNC11kmiiiCdn1m111()iikmmiiiiii

4、CnNNBnnin610610810212mNC11kmiiijiinndNN2111111kmmmiijjijnnCC101 1()aanaepEKK n1()2nEK2K KKsKe2.se2seSEe2()sE 22() sE 22()KsEKKfK21()()fnKsEEK21()()222fnKsEEKs eEpe maxminmaxminm2(2)(2)2fmbcfffNNE(2)2pcffN()(2)2fmbefNE修改后ffmfffN112(.)fpfb cffefmNEpe112()fcfpNpe112()fmbfeNE2max(2)(2)2fbb cffffNNE0.120

5、.60.63.6bfffNNE sfNiifnDN1kiiDD1BD1.kIiiNBnK nKa IKK dadNKKa thKK thKththKa thK()mdaCKdN()(1)medaCKdNr KK 0()capmadaNdNCK0aca2m ax1()ccKa Ka 2m1122011()(1)()2mmpcmNaamC2m2101ln()()cpaNCa21mmCC #20max200MPamin50MPa 670bMPa630sMPa207EGPa104MPa mcK0.5mm1.1215Km axm in200 ( 50) 250M Pa 00.5amm1.12150Ka1

6、.1215 2500.0005 11.11M Pa m6.5thKKMPa mca22max11104()()0.0681.1215200ccKam126.9 10C3m pN0r 200M Pa 21mmCC aNdKd 331122312332(0.0680.005)3(1)(6.9 10)(200) (1.1215) ( )20a0apNcKccpKaNmKamNddm()(1)maNcdCKdr KKaNddKaNdd()mCK*api =C ()maNdCKdpiCpiC 1 4446PPi2212111()22mmmiiiimanCam1,iia aiiniKthKK11221()

7、(1)()2mmctpmaaNmCcata1jipiNnN127 128PSNN , , ,ffk n b cdaKdNSNSNSNSNm i nm a xr710N 710671076775%67126775%8678286885%6812710N23233434232312117222222211234156214cKcKd aKd N aNKd ad NdaKdN nn1,0mr1anK 1anK nn11KKaaaaSNN11KKnn nn nn n n 1.5 1.8n 1.82.5n 1(1)MAb11AMb或11AMb11AMb11AMb1/b1Am Am动应力 静应力故m点对应

8、的实际载荷转化为等效对称循环应力为：1()mam 构件危险部位安全系数：111()maamn Km实验表明：对应力幅有影响，而对影响很小。m正应力不对称循环的系数因为所以故考虑应力集中后的安全系数为：1amnk 同理： 1amnk 2.变应力幅情况下的安全系数。变应力幅情况下的安全系数。Miner法则：1iiinN即： 1miimiiinN10mmiiNN所以 101miimnN所以 强度判断依据10miiimnN当量应力： 0miiimdnN安全系数: 1/dnK考虑对对称循环应力安全系数110miidimnknkN同理 10miiimnnkN 对于非对称循环：将 ()iamik ()iam

9、ik 即可 即： 10()mamiimnknN 10()mamiimnknN 判断： nn nn二单向应力作用下疲劳寿命二单向应力作用下疲劳寿命1.等应力幅值作用下的寿命计算等应力幅值作用下的寿命计算寿命计算：寿命计算：1）根据Goodman疲劳极限图，将实际作用载荷（ ， ）转化为对称循环（r=-1）下下的应力幅值，即： am()iamik 根据S-N曲线，或通过曲线方程： mNC即： mACN2.变幅载荷下疲劳寿命计算：变幅载荷下疲劳寿命计算： 1）将变幅载荷整理成载荷谱。 2）用Miner累积损伤法则进行计算，即1iinN11iiiinnNNNNNN11iiiiinNNNNN1iiNNi

10、imACNimiAC2211()()1AAaa复合应力作用下的安全系数： AAaaOAnOa即： AanAan所以 2211()()1aann22111aann1an单向扭转安全系数 1an单向弯曲应力的安全系数 所以 22111nnnnmm考虑k时 1aamnk 1amnk 具体见前面单向应力情况。 2变幅载荷作用：变幅载荷作用：22111nnnnn， 计算见前面单向变幅载荷下安全系数的计算。即： 101()mmaminknN 101()mmaminknN 3.复合应力作用下的疲劳寿命计算：复合应力作用下的疲劳寿命计算： 由 2211()()1可得 22()()1NN由S-N曲线可知： 11

11、1()mNCN212()mNCN所以 121211221112()()1mmmmNNCC这是一个超越方程（非线性方程）。已知 时，可通过迭代法求解。 六随机疲劳六随机疲劳1.载荷处理。 将随机载荷进行循环计数，然后根据应力等级整理成不同应力等级的载荷谱。循环计数法有各种方法，主要有峰值计数法，幅度计数法，雨流计数法。但最为常用的是雨流计数法。 雨流计数法的最大优点是用该法求得的应力循环与应力应变迟滞回线求得的应力循环机一致，这就使得用雨流计数法得到的应力循环求得的疲劳寿命最切合实际。 雨流计数法也叫塔顶法，其计数原理是把载荷时间方程的时间轴向下，想象有一塔形屋顶，雨流都是从内侧开始，并允许继续

12、往下流，根据雨流迹线来确定载荷循环。 1）雨流的起点依次在每个峰值（谷值）的内侧。 2）雨流在下一个峰值（谷值）处落下，直到对面的峰值（谷值）比开始时（更小）更大为止 。 3）当雨流遇到上面屋顶流下的雨时，就停止 。 4）取出所有的全循环，并记下各自的幅度 。 将剩下的载荷时间方程按雨流第二阶段计数法进行处理。 n个峰值，必有n个循环。 第二阶段计数：处理方法： 1）将所剩载荷时间历程从最大峰值或最低谷值处截开，交换其位置，使始点与终点往返构成一个收敛谱 。 2）对于非标准型发散谱，即始点与终点的纵坐标不相等，要将其改造成收敛谱 。如：上面 历程到第二阶段后成为： t将用雨流计数值证到的应力循

13、环统计即可得载荷谱。2.随机载荷下疲劳寿命计算随机载荷下疲劳寿命计算 计算方法就是上节讲的变幅载荷下疲劳寿命计算方法 。11()immiiAiNCN Aiegikiibaegibm 3.连续载荷谱下疲劳寿命计算 采用频域内的研究方法，利用结构疲劳危险部位的功率谱密度函数（P，S，D）求载荷的概率密度函数（P，D，F）。由P，D，F求随机谱下等效应力范围 Seq 利用恒幅S-N曲线（N（)mseqC ）求该疲劳寿命N。 由Miner疲劳累积损伤原理可得： 1)(kmiseqN（)miiSn1101()()( )mkkmimmiinSeqSSp S dsN 0()()()mmCCNSeqSp S

14、ds对窄带随机过程：P（S）Rayleih分布（ 有效带宽系数）02200()exp()2ssp S1022 2()2mm Seq= 对于自噪声过程。1 ， pGaussian分布 22001( )exp()22sp s Seq10112 2()22mm01宽带过程12222212022200001( )(1) exp2 (1) 1()exp()22222ssspsserf误差函数： 202( )exp()xerf xtdt Seq很难求解，出现了许多近似模型误差教材P159本人建立了两种近似模型，式计算精度提高了1000多倍。 应用部分应用例1：随机载荷下车辆疲劳寿命分析（206焊接转向架）

15、1)应力谱采集与信号处理方法： 被测结构 应变片信息 动态应变仪 数据采集与处理系统应力谱采集过程结构应力测试见P33图233 2) 随机信号预处理：重点解决零飘问题3)信号压缩编辑 “峰谷”抽取删除不产生破坏的小循环，见图229 ,P26,P8雨流循环计数 P31图232 P37表23 计算可能危险点的疲劳累积损伤，损伤最大点即为疲劳危险点。计算疲劳危险点的寿命即为结构的疲劳寿命 应用例二，铁路货车铸钢侧架疲劳寿命研究（第六章）计算方法讨论计算方法讨论 采用双随机变量，考虑两方面随机因素： (I)材料疲劳试验寿命的离散性，将材料缺口试样疲劳寿命看作为服从对数正态分布 (2)考虑实际结构铸造质

16、量因素的离散性。将危险部位的疲劳强度影响系数看作为正态分布。 建立双随变量计算模型，详细推导见P108-117 最后计算公式（638）不同可靠度下的疲劳寿命计算公式疲劳试验疲劳试验 Aa。材料试样的S-N曲线测定 采用单点试验发，最后注意公式6.91062212.0212110N S605 10N 0130.2SMPa b采用成组试验测定疲劳寿命的离散性，采用了一组试样（9个），在一组载荷下进行试验，论证疲劳寿命概率分布的数字特征 , （均值）, （标准差）, （变异系数）. NNwyB实物疲劳试样，在 , /25t疲劳试验上进行，共进行了9个试样的疲劳试样。 100t通过实物试验，反推出危险部