材料的力学性能-疲劳.ppt

* 例子：z-1时的存活率P即去除阴影部分所剩红色面积，用P(z-1)表示 * 图1 转子钢在550℃下的低周疲劳寿命曲线 （华北电力大学） * 标准离差与可靠度的关系 在高斯概率分布规律下，试验点的应力值与平均曲线上对应的应力值相差8％时称为一个标准离差(standard deviation) 疲劳强度可靠性概述 不同可靠度下的疲劳曲线 中值寿命曲线 * 正态分布不合理性的修正：威布尔分布 N：试样寿命 N0：最小寿命参数 Na：特征寿命参数 b: 型状参数 * 疲劳实验时，每一应力（应变)下需要重复实验的试样数为多少？ 成组试验法：指在定应力（或应变）水平下，根据一组试样的试验结果，测定中值疲劳寿命（P=50%）或安全疲劳寿命（任意可靠度P）。此法适用于中、短寿命区（N106循环）。 中值寿命（P=50%时），每组有效试样个数n≥3 疲劳性能试验设计和数据处理方法可参考一些专著，如高镇同院士主编《疲劳性能试验设计和数据处理》。 * ? 考虑可靠性时零件的 疲劳安全因数 疲劳强度可靠性概述 * 考虑可靠性时零件的疲劳安全因数 对于等幅对称应力循环，考虑可靠性、应力集中、 尺寸以及表面加工质量等因素后，零件的疲劳极限为： 零件的工作安全因数为： 疲劳强度可靠性概述 * ? 设计过程要尽量避免或减少产生应 力集中的因素 结论与讨论 ? 提高疲劳强度的办法 * ? 提高表面加工的质量 磨削、抛光、喷弹、等离子处理 结论与讨论 * ? 役前检测与在役检测 ？ 圆盘构件 初始裂纹 初始裂纹 怎样制止裂纹 继续扩展，延长 轴的使用寿命 结论与讨论 * ? 非对称应力循环疲劳 问题的分析方法 结论与讨论 * 非对称应力循环疲劳问题的难点在于不能通过试验确定疲劳强度。 结论与讨论 难 点 ? 通过有限疲劳试验(不同应力比)结果绘制 疲劳极限图线，并加以简化； ? 将非对称循环化为对称循环； ? 按对称循环进行疲劳强度计算。 方 法 * ? 通过有限疲劳试验(不同应力比)结果绘制 疲劳极限图线，并加以简化； 结论与讨论 方 法 * 疲劳图和不对称循环疲劳极限 ABC曲线也可用数学解析式表示，常用的数学公式有 Geber公式 Goodman公式 Soderberg公式 * 疲劳图和不对称循环疲劳极限 * 第一步：由简化后的疲劳极限图线，得到等效对称循环疲劳极限 其中?A 、 ?M、 ?A、 ? A 均由疲劳极限图线得到。 结论与讨论 方 法 * * * * 规则的变幅交变应力 不规则的变幅交变应力 线性累积损伤理论 变幅交变应力 ? 基本概念 * 无限寿命设计的不合理性 线性累积损伤理论 S－1 * 损伤的概念 ? 周期变幅交变应力时的疲劳强度设计，允许 构件上危险点应力循环中的最大应力值超过疲 劳极限。 ? 当最大应力值超过疲劳极限时，构件内部就 会产生一定数量的损伤(damage)。 ? 这种损伤是可以累积的，当损伤累积到一定 数量时，便发生疲劳破坏。这一过程称为累积 损伤（cumulative damage) 线性累积损伤理论 * 构件寿命的消耗过程 在S1下消耗的寿命n1, 占总寿命N1的比：n1/N1 在S2下消耗的寿命n2, 占总寿命N2的比：n2/N2 线性累积损伤理论 应力由高到低 * 构件寿命的消耗过程 线性累积损伤理论 在S1下消耗的寿命n1, 占总寿命N1的比：n1/N1 在S2下消耗的寿命n2, 占总寿命N2的比：n2/N2 应力由低到高 * 线性累积损伤理论 ? 在确定的应力水平下，经过一次应力 循环， 产生等量的损伤。 ? 在一个应力水平下所消耗的寿命与这一应力 水平下的总寿命之比，等于在任何不同应力 水平下消耗的寿命与那一应力水平下的总寿 命之比。 ? 损伤累积到一定程度，寿命终结，发生疲劳 破坏 线性累积损伤理论 * Miner 准则 不同应力水平下发生损伤时，材料吸收的净功： S1 W1 S2 W2 Sk Wk 发生疲劳破坏时，材料吸收的总净功W，与 应力水平无关。 线性累积损伤理论 * Miner 准则 损伤与净功之间的关系： 对于多次变幅循环，最后发生疲劳破坏： W1＋W2＋…＋Wk＝W