可靠性理论－第7章疲劳可靠性试验方法9节.ppt

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1、第7章零件的疲劳可靠度§1材料的疲劳特性☆疲劳失效的特点机械零件的强度，是指机械零件抵抗各种机械性破坏的能力。早期的机械零件强度设计只限于静强度计算。到了19世纪中叶，从火车轮轴大量疲劳断裂的事故中发现了在交变应力作用下的疲劳破坏现象，开始了对疲劳强度的研究。实际上，常用的机械零件很多是在交变应力作用下工作的，疲劳破坏是其主要的失效形式之一。⑴工作应力值较低；⑵疲劳失效过程：裂纹萌生、裂纹扩展和断裂；⑶疲劳断口特征：贝壳纹☆变应力的种类☆变应力的特征参数平均应力应力幅循环特征（应力比）稳定循环变应力非稳定循环变

2、应力随机性非稳定变应力规律性非稳定变应力变应力的种类对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力☆稳定循环变应力的分类——σmax=σminσa=0σm=σmaxr=+1σmaxr=0σmax=-σmin=σaσminr=-1σaσaσmaxσminσm-1＜r＜1静应力脉动循环变应力对称循环变应力任意不对称循环变应力σmin=0tσ0σaσm=σaσaσm=0ABCDσmaxN☆疲劳强度的基本理论次疲劳区次疲劳区低周疲劳区（应变疲劳）低周疲劳区N=104高周疲劳区（应力疲劳）高周疲劳区N=106疲劳破坏的类型

3、应变疲劳（低周循环）应力疲劳（高周循环）特点：应力水平高，循环次数少。材料因应变疲劳而破坏，∴用许用应变值来控制特点：应力水平低，循环次数多。材料因应力疲劳而破坏，∴用许用应力值来控制特点：应力水平低于某一数值，裂纹停止扩展。σN有限寿命区无限寿命区＊(循环基数)★疲劳曲线方程（当N＜N0时）m、C为试验常数NσrNN0σrσr∞NC有限寿命疲劳极限持久疲劳极限疲劳极限寿命系数必须注意：Nc是对应于材料疲劳曲线转折点的应力循环次数，而循环基数N０是人为规定的一个循环次数。设计手册中的N０，可能等于Nc，也可能不

4、等于Nc，这是查手册时应当弄清楚的，不要把二者弄混淆了。☆疲劳曲线（σ—N曲线）疲劳曲线是用一批标准试件进行疲劳实验并用统计处理的方法得到的。即以规定的循环特征r的变应力（通常取r=-1)加于标准试件，经过N次循环后不发生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳极限应力σrN。通过实验，可以得到不同的σrN时相应的循环次数N，将结果绘制成疲劳曲线，即σ-N曲线。疲劳极限静强度S－N曲线◆材料不同，疲劳曲线不同：◆同样的材料，循环特性不同，疲劳曲线不同：◆可靠度不同，疲劳曲线不同：通常，未加说明的疲劳曲线，均指循环特性r=-

5、1、可靠度R=50%的疲劳曲线。OAσaσm☆疲劳极限应力图（适用于非对称循环变应力）BSBS45º45º曲线AC上方区域内坐标点所对应的最大应力值，都超过材料的疲劳极限。曲线AC下方区域内坐标点所对应的最大应力值，均低于材料的疲劳极限。C1.疲劳极限应力图——疲劳寿命一定时，应力比r不同，材料的疲劳极限σrN亦不同，它们之间的关系可用平均应力（rm）和应力幅（ra）绘成的曲线图表示。0/20/2对称循环应力点静应力点（脆性材料）脉动循环应力点静应力点（塑性材料）rmra–1曲线AC上任一坐标

6、点的变应力值代表材料在某一循环特性下的疲劳极限。OAσaσmSCB45º45º2.塑性材料极限应力线图的简化E①直线ES段方程②直线AE段方程（用两点式求出）等效系数，取值见表（0/2,0/2）（0,–1）有关扭转（剪应力）的简化疲劳曲线方程及当量应力幅计算式可仿照正应力方法确定。θ工程上为计算方便，用折线AES近似代替曲线ABC。即折线上任意点的坐标（σrm、σra）代表某一循环特性下的疲劳极限。由上式可看出，非对称变应力可以转化为对称循环疲劳极限σ-1。由此推论：☆影响疲劳强度的主要因素三个方面：1应

7、力集中的影响零件截面尺寸突变处（如过渡圆角、键槽、小孔、螺纹）及过盈配合处会产生应力集中，使局部应力大于公称应力。以疲劳缺口系数k（或k）考虑其对零件疲劳极限的影响。几种典型机械零件的k、k值附录表。2尺寸效应零件尺寸越大，在各种冷、热加工中出现缺陷的概率越大，疲劳强度就越低。以尺寸系数（或）考虑其对零件疲劳极限的影响。钢制零件的、值见附录表。3表面状态的影响指零件表面粗糙度、表面强化的工艺效果及工作环境对零件疲劳极限的影响。以表面状态系数考虑其影响。各种表面状态的值见附录表。机械零

8、件的疲劳强度计算1应力集中的影响：以疲劳缺口系数k（或k）考虑其对零件疲劳极限的影响。2尺寸的影响：以尺寸系数（或）考虑其对零件疲劳极限的影响。3表面状态的影响：以表面状态系数考虑其影响。4综合影响系数以上三个因素只对应力幅有影响，而对平均应力没有明显影响。因此，为简化计算，将三个系数综合为一个系数，称综合影响系数(k)D或(k)D。即☆影响疲劳强度的主要因素三个方面