局部应力应变法.ppt

1、1，第5节，局部应力应变分析，2，5.1。在低应力水平和长寿命的情况下，用应力-寿命曲线(S-N曲线)来描述材料/零件的疲劳特性是合适的。许多工程部件在整个使用寿命中没有经历过许多载荷。例如，如果一个压力容器每天承受两次载荷循环，在30年的使用寿命中，载荷循环的总次数少于2.5*104次。在短寿命条件下，设计应力或应变水平可以更高，以充分发挥材料的潜力。这可能导致部件的某些高应力部分塑性屈服。众所周知，对于具有良好延性的材料，屈服后应变变化很大，应力变化很小，因此用应变作为低周疲劳性能的控制参数要优于应力。高载荷水平(超过屈服应力)和短寿命(104)被称为应变疲劳或低周应变疲劳。名义应力法以名

2、义应力为基本设计参数。对于低周疲劳，应变集中处的最大局部应变和应力-局部应力-应变分析的起点都是从应变集中处的最大局部应变开始的。在裂纹产生之前，塑性变形必须在一定程度上发生。局部塑性变形是疲劳裂纹萌生和扩展的先决条件。正是应变集中的最大局部应变决定了零件的疲劳强度和寿命。因此，只要最大局部应力和应变相同，疲劳寿命就相同。因此，具有集中应力的零件的疲劳寿命可视为与具有相同局部应力和应变值的光滑样品的疲劳寿命相同。该方法是在20世纪60年代低周疲劳的基础上发展起来的，适用于高周疲劳和低周疲劳的计算。局部应力-应变分析的优点和缺点：应变可以测量，并被证明是与低周疲劳有关的一个极好的参数。易于使用。

3、只需知道应变集中时的应力应变和材料应变疲劳试验数据。可以考虑应力顺序的影响，特别适用于随机载荷下的寿命计算。它易于与计数方法相结合，用计算机进行复杂的计算。这些缺点主要解决低周疲劳问题，不能用于无限寿命计算。对于寿命有限的高循环截面(105106)，计算结果不如名义应力法。目前，这种方法还不够完善，不能考虑尺寸和表面条件的影响，高周误差较大。目前，这种方法仅限于分析单个零件。对于复杂的连接器，很难使用这种方法，因为很难精确地分析应力和应变。6.5.2局部应力应变分析法与名义应力法的比较6 . 5 . 2低周疲劳、低周疲劳和高周疲劳一般指失效周期小于104-105周的疲劳为低周疲劳；失效循环大于

4、104-105个循环的疲劳称为高循环疲劳。用局部应力应变法求解低周疲劳，基本材料曲线为：循环应力应变曲线；应变-寿命曲线。1.循环应力-应变曲线和单调应力-应变曲线，单调应力-应变曲线(单调加载下材料的应力-应变曲线)分为“工程应力-应变曲线”和“真实应力-应变曲线”。在实际应力-应变与工程应力-应变s和e之间的关系尚未确定之前，真应力与塑性应变之间的关系可以计算为真断裂强度f和真断裂延性f，材料在循环载荷下的循环应力-应变响应曲线称为循环应力-应变曲线。低周疲劳中的应力应变关系不能用单调的应力应变关系来表示，而应该用循环应力应变关系来表示。应力-应变磁滞回线(磁滞回线)，一次拉伸试验获得图A

5、中的OA截面；图片中的OB部分是通过一次压缩测试获得的；应力-应变曲线称为单调应力-应变曲线，一般只考虑OA截面。首先加载到点A，然后卸载到点O，然后加载到点B，然后加载到点C(与点A重合)。加载和卸载应力-应变轨迹形成一个闭合回路。(磁滞回线，磁滞回线)在循环载荷下获得的应力-应变轨迹称为应力-应变磁滞回线。磁滞回线区域代表塑性变形期间外力消耗的功或能量。循环硬化和循环软化在低周疲劳早期，由于循环应力的作用，会出现循环硬化和循环软化现象。循环硬化：当应变范围不变时，应力随着循环次数的增加而增加。或者材料的抗变形能力随着循环次数的增加而增加，然后达到稳定状态。另一种定义是：当应力幅值为常数时，

6、应变幅值随着循环次数的增加而逐渐减小，最终趋于稳定。循环软化：与循环硬化相反，当应变幅值为常数时，应力幅值随着循环次数的增加而逐渐减小。循环硬化和软化只发生在开始阶段。随着循环次数的增加，材料的抗变形能力在达到一定次数后趋于稳定。当大多数材料的疲劳寿命达到一半时，应力应变曲线是稳定的。在应变比R=-1下，对于不同的应变幅值，可以得到不同的稳定循环磁滞回线。这些磁滞回线的顶点与横坐标和纵坐标相连的曲线称为材料的循环应力-应变曲线。循环应力应变的测量方法多试样等幅阶跃加载法(常规方法)使用几个试样，每个试样在一定的应力幅下循环，直到获得稳定的闭合磁滞回线。通过连接磁滞回线的端点获得的平滑曲线是循环

7、应力-应变曲线。在快速测试多级方法中，样品在低应力幅下循环以达到稳定，然后应力幅逐步增大以获得一系列稳定的闭环。升压法试样的应力幅先逐渐减小后逐渐增大，形成循环块，然后继续对该循环块进行试验，直至稳定。当循环稳定时，每个磁滞回线端点之间的连线为循环应力-应变曲线。快速试验法中的多阶段法和升压法，循环应力-应变曲线的表达式可以用类似单调应力-应变曲线的公式表示：3 .材料的循环应力-应变曲线与单调应力-应变曲线的关系，45#钢(正火)(循环硬化)，40 #钼钢(淬火和回火)(循环软化)，4。应力大多数工程材料的稳定滞回曲线和循环应力-应变曲线之间有一个简单的近似关系，即滞回曲线类似于单轴循环应力

8、-应变曲线，放大一倍。磁滞回线随周期数而变化。由于材料的稳定循环阶段占了疲劳寿命的大部分，材料的磁滞回线通常由稳定后的磁滞回线来表示。应力-应变磁滞回线，5。材料的记忆特性：在循环载荷下，当最后一级载荷的绝对值大于前一级载荷的绝对值时，材料将按照前一级轨迹的变化规律继续变化。当第一次提升载荷时，根据循环应力-应变曲线从O-A，然后根据磁滞回线从A-B，然后根据磁滞回线提升载荷-C.当载荷从点C减小到点D时，载荷在点B之前按照以点C为原点的磁滞回线减小，然后按照原来的变化规律，载荷按照以点A为原点的磁滞回线减小到点D。当从点D提升负载时，在到达点A之前，根据以点D为原点的磁滞回线进行改变。到达点

9、A后，如果载荷继续上升，将按照原来的变化规律和循环应力应变曲线的变化继续向E方向变化。材料的记忆特性。应变-寿命曲线，1。应变-寿命关系：曼森-科芬方程一点的总应变=弹性应变塑性应变试验表明，弹性应变、塑性应变和循环疲劳寿命之间的关系是双对数坐标上的一条直线，可表示为：在曼森-科芬方程(5-20)中：当平均应力不为0时，应考虑平均应力和平均应变的影响，必须修正曼森-科芬公式：一般斜率法的应变寿命曲线，2。获得氮曲线的方法。优点：曲线准确可靠；缺点：成本高且耗时。曼森四点相关法(由单调拉伸试验获得的四点数据确定)，取应变寿命曲线的弹性线上的两点和应变寿命曲线的塑性线上的两点，是曼森通过29种材料

10、的疲劳试验结果推广的一种方法。弹性线的斜率为-0.12，塑性线的斜率为-0.6。四点相关法用于计算应变-寿命曲线。3.虚拟应力-寿命(a-N)曲线兰格基于M-C方程提出了适用于高周疲劳和低周疲劳的关系式：5.3计数法，将应力(载荷)时程简化为一系列全周或半周过程来计算循环次数，称为“计数法”，单参数计数法只记录应力(载荷)循环中的一个参数，但不能给出循环的全部信息。(例如，峰值计数法、步长计数法、范围计数法等。)双参数计数法通过双参数计数法记录应力或载荷循环中的两个参数。由于应变循环中有两个独立变量，双参数法可以记录应力循环中的所有应力，是一种较好的计数方法。(如单范围计数法、变范围平均计数法

11、、雨流法)目前，雨流法是最常用的方法(应力-时间历程类似于雨滴从塔顶流下)。规则：从最高点或最低点(最大绝对值)开始，重新排列压力-时间历史。雨水从每个峰(或谷)的内侧依次流下，并在下一个峰(或谷)处落下，直到有一个比其相对侧的起点更高的峰(或谷)。当雨水流遇到屋顶上方的雨水流时，它会立即停止。取出所有完整周期，记录振幅和平均值。以最高峰值或最低谷值为起点重新排列应力-时间历程，旋转90度，第一次雨流：从最高点A开始向下流动，到达B后下降到B，然后从B流向D，然后下降；第二次雨流：b开始在-c处下降，由于点D的谷值低于点B的谷值，点C处的雨流停止在点D相对侧的相应位置。这意味着在点C处下降的雨

12、流不能形成一个完整的循环。第三股雨流从点C的内侧开始，流向点B，并与上面的雨流汇合，因此在点B停止；Bc和cb形成一个完整的循环bcb。第四股雨从点D的内侧开始，向下流到点E，然后落到点E，然后流到点I落下。第五股雨水从点E开始，向下流到点F，然后向下流到点F，然后向下流到点H；第六条雨流：从F的内部开始，向下流到G点，然后下降。因为H点的谷值低于F点的谷值，所以G点的雨流在H点相对侧的相应位置停止.这意味着从g点落下的雨流并不构成一个完整的循环。第七次雨流从g点内侧开始，向下流向F，遇到雨流效应，在F处停止，取出全循环fgf；第八个雨流从h点的内部开始，向下流到e点，遇到雨流deei，在e点

13、停止，并完成整个周期；Abbd和deei形成一个完整的循环，abbd deeI被取出；在这一点上，所有应力-时间历史的循环数已经被计算，形成四个完整的循环，如图6-10(d)所示。到目前为止，所有应力-时间历史的周期数已经被计算，形成四个完整的周期，如图6-10(d)所示。bcb。fgfeffhe阿贝迪、6.4用局部应力应变法估算疲劳寿命，1。工艺、名义应力历史(载荷历史)、缺口局部应力应变、累积损伤计算、疲劳寿命计算、材料循环曲线、有限元法、工程近似法、曲线法、材料1.确定危险零件的局部应变弹塑性有限元法(有限元计算，精度高，计算工作量大)校准曲线法(一种试验方法)诺贝特法由诺贝特法2修正。

14、计算损伤和寿命的M-C公式(曼森-科芬公式)道林损伤公式兰德拉夫公式赵绍边公式3。累积损害计算4。安全使用寿命，校准曲线法，在模拟试样缺口的根部，(磁滞回线顶点的连接是载荷-应变校准曲线。)根据载荷-应变校准曲线，载荷时间历史被转换成局部应变时间历史。根据循环应力-应变曲线，由局部应变-时间历程得到局部应力-时间历程。绘制局部应力应变响应图，利用损伤理论计算损伤寿命。Norbert方法(估算名义应力和局部应变之间的关系)，Kt是混凝土支座缺口试样的固定值，如果给定名义应力s，公式(5-28)的右端为常数。给定一系列名义应力和应变，可以获得一系列双曲线(诺布尔双曲线)和应力-应变曲线或滞后环的交点坐标，它们对应于给定名义应力