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疲勞強(qiáng)度ppt課件(已修改)

2025-05-13 18:09 本頁面
 

【正文】 疲勞強(qiáng)度理論 呂彭民 教授 內(nèi)容要點(diǎn) (一):疲勞強(qiáng)度基本概念: 1. 概論:疲勞強(qiáng)度在工業(yè)中的地位,疲勞破壞的三個(gè)階段,疲勞斷口; 2. 金屬的循環(huán)應(yīng)力 —應(yīng)變曲線:遲滯回線,循環(huán)硬化與軟化; 3. 疲勞曲線:材料 S—N曲線,概率統(tǒng)計(jì)知識(shí), P—S—N曲線,疲勞極限圖; (二):疲勞累積損傷理論: 疲勞損傷的概念,線性疲勞累積損傷假設(shè),非線性疲勞累積損傷理論 (三):疲勞壽命計(jì)算:名義應(yīng)力法,局部應(yīng)力 —應(yīng)變法,斷裂力學(xué)法。 1. 名義應(yīng)立法:計(jì)算全壽命,主要用于高周疲勞; 2. 局部應(yīng)力 —應(yīng)變法:計(jì)算裂紋形成壽命; 3. 斷裂力學(xué)法:計(jì)算裂紋擴(kuò)展壽命。 (四):疲勞試驗(yàn) 材料試驗(yàn),實(shí)物結(jié)構(gòu)試驗(yàn),高周疲勞試驗(yàn),低周疲勞試驗(yàn),裂紋擴(kuò)展壽命試驗(yàn) (五):常規(guī)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì): 1. 單向應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算:已知載荷,壽命,求應(yīng)力是否滿足要求 2. 單向應(yīng)力作用下疲勞壽命的估算; 3. 復(fù)合應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算; 4. 復(fù)合應(yīng)力作用下疲勞壽命的估算 (六):隨即疲勞: 1. 載荷譜的測試與整理; 2. 疲勞壽命估算方法。 (七):結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)最新發(fā)展動(dòng)態(tài); (八):抗疲勞設(shè)計(jì)在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 教學(xué)參考書 ( 1)徐灝: 《 疲勞強(qiáng)度 》 ; ( 2)呂彭民: 《 大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì) 》 ; ( 3)張祖民: 《 機(jī)械結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì) 》 ; ( 4) ( 5) 《 機(jī)械強(qiáng)度 》 雜志 ( 6) amp。Fatigue 一 疲勞強(qiáng)度基本概念 1 概論: ( 1)疲勞強(qiáng)度在工業(yè)中的地位 機(jī)械零件失效的三種形式: a:磨損; b:腐蝕; c:斷裂。其中前兩種過程慢,可以更換或者修復(fù);而斷裂則是災(zāi)難性的。受動(dòng)載荷作用的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu) 80%是由金屬疲勞斷裂引起的。疲勞強(qiáng)度校核是新產(chǎn)品和已有產(chǎn)品強(qiáng)度校核的主要內(nèi)容。 機(jī)械設(shè)計(jì)有兩種方法: 1)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法:工程機(jī)械設(shè)計(jì)目前主要采用這種方法(國外 40年代)。 也就是許用應(yīng)力法: 存在問題: a. 設(shè)計(jì)的機(jī)械零件特別笨重(為了安全,只有加大整個(gè)截面尺寸); b. 盡管笨重,但仍有疲勞裂紋產(chǎn)生。 原因: a. 疲勞裂紋發(fā)生在構(gòu)件的危險(xiǎn)點(diǎn)的局部區(qū)域,通過裂紋不斷擴(kuò)展, 最終導(dǎo)致斷裂。 b. 疲勞危險(xiǎn)部位往往與靜強(qiáng)度危險(xiǎn)部位不一致。 2) 動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法,即疲勞設(shè)計(jì): 根據(jù)結(jié)構(gòu)受力載荷,確定疲勞危險(xiǎn)部位,保證結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位滿足疲勞強(qiáng)度要求。 疲勞設(shè)計(jì)分為:有限疲勞設(shè)計(jì),無限疲勞設(shè)計(jì)(早期) 設(shè)計(jì)要求 參考相關(guān)結(jié)構(gòu),進(jìn)行受力分析, 包括:動(dòng)力學(xué)彷真,有限元計(jì)算,疲勞強(qiáng)度計(jì)算 確定結(jié)構(gòu)尺寸 結(jié)構(gòu)疲勞實(shí)驗(yàn) 結(jié)束 修改結(jié)構(gòu) 是否滿足要求 疲勞設(shè)計(jì)包括:力學(xué),材料學(xué),測試試驗(yàn)技術(shù)工程設(shè)計(jì) ( 2) 疲勞強(qiáng)度發(fā)展史 疲勞強(qiáng)度起源于十九世紀(jì)處,當(dāng)時(shí)由于鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展,不斷出現(xiàn)機(jī)車車軸的疲勞破壞。德國人 艾伯特 1829年;法國人 彭塞則 1839年;蘇格蘭人 蘭金 1843年先后進(jìn)行研究。 真正的車軸疲勞研究是德國人 他設(shè)計(jì)了一臺(tái)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī),對(duì)車軸在不同應(yīng)力下進(jìn)行了疲勞實(shí)驗(yàn),得到了第一條 SN曲線,他發(fā)現(xiàn)在應(yīng)力低于彈性極限時(shí)也會(huì)發(fā)生疲勞破壞,但存在一個(gè)應(yīng)力幅極限值,當(dāng)應(yīng)力小于該值時(shí)就不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。 ,他發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)中平均應(yīng)力對(duì)疲勞壽命有影響 . 對(duì)稱循環(huán) 非對(duì)稱循環(huán) 為了考慮平均應(yīng)力的影響,就出現(xiàn)了疲勞極限圖,這里貢獻(xiàn)最大的就是 ,通過疲勞極限圖可將有平均應(yīng)力下的疲勞問題轉(zhuǎn)化為對(duì)稱循環(huán)下的疲勞壽命曲線。 二戰(zhàn)期間,飛機(jī)疲勞失事頻繁出現(xiàn),一些動(dòng)力機(jī)械也出現(xiàn)疲勞事故,使得循環(huán)應(yīng)力作用下的疲勞事故成為實(shí)際問題。出現(xiàn)了疲勞累積損傷理論,人們開始研究有限壽命設(shè)計(jì)。疲勞累積損傷貢獻(xiàn)最大的要算 Palmgren和 Miner, Palmgren于 1924年提出了線性累積損傷理論他在估算滾動(dòng)軸承的壽命時(shí)假設(shè)累積損傷與轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)成線性關(guān)系。 1945年,美國人 Miner對(duì)線行累積損傷進(jìn)行了理論推導(dǎo),形成廣泛應(yīng)用的MinerPalmgren線性累積損傷法則。 斷裂力學(xué)的出現(xiàn),使人們注意研究裂紋擴(kuò)展壽命,最為著名就是美國人 1957年提出的 Paris公式,它是計(jì)算裂紋擴(kuò)展壽命的基本公式。 裂紋形成壽命的研究可追溯到二十世紀(jì)五十年代 Manson和 Coffin進(jìn)行了開拓性的研究,提出了著名的 MansonCoffin應(yīng)變 —壽命曲線。Neuber利用結(jié)構(gòu)切口根部材料可用光滑式樣來模擬實(shí)驗(yàn)的原理提出了局部應(yīng)力 —應(yīng)變法,從而形成了裂紋形成壽命計(jì)算方法。 試樣 裂紋區(qū) 疲勞強(qiáng)度的最新發(fā)展: 1)隨機(jī)疲勞理論: 由于概率統(tǒng)計(jì)理論,計(jì)算機(jī)和數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展而推動(dòng)的隨機(jī)勞理論的發(fā)展。 考慮 a:載荷的隨機(jī)性,有寬帶和窄帶隨機(jī)載荷之分。 P11, P27 b:疲勞強(qiáng)度材料參數(shù)的隨機(jī)性。 考慮多元隨機(jī)變量的求解 P107 2)多軸疲勞: 多軸疲勞非常復(fù)雜,目前還沒有世界公認(rèn)的方法 3)長壽命區(qū)疲勞壽命計(jì)算: 長壽命區(qū)試驗(yàn)非常困難,主要是費(fèi)用太高 ( 3)疲勞的分類 疲勞主要分為高周疲勞與低周疲勞,高周用應(yīng)力 壽命曲線進(jìn)行計(jì)算,名義應(yīng)力法(應(yīng)力疲勞);低周用應(yīng)變 壽命曲線進(jìn)行計(jì)算,局部應(yīng)力 —應(yīng)變法,(應(yīng)變疲勞);高周疲勞與低周疲勞的分界一般是 104次。 ( 4)疲勞破壞的三個(gè)階段: 裂紋形成 —裂紋擴(kuò)展 —疲勞斷裂。 在交變載荷作用下,在結(jié)構(gòu)有缺陷部位或有應(yīng)力集中部位, 結(jié)構(gòu)形成塑性變形晶粒在晶界面之間滑移形成微裂紋裂紋擴(kuò)展 就形成宏觀裂紋裂紋繼續(xù)擴(kuò)展到一定時(shí)候截面強(qiáng)度削弱到截面 應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限瞬斷。 ( 5)疲勞斷口 疲勞斷口由三部分組成:疲勞源區(qū); 疲勞擴(kuò)展區(qū);瞬斷區(qū)。 斷裂位置一般都在應(yīng)力集中部位, 如拐彎,軸臂的過度處。 2:金屬的循環(huán)應(yīng)力 —應(yīng)變 ( 1)循環(huán)加載的遲滯回線 瞬間斷裂區(qū) 疲勞擴(kuò)展區(qū) 疲勞源區(qū) 遲滯回線所包圍的面積代表材料塑性變形時(shí)外力所做的功或所消耗的能量,也表示材料抗循環(huán)塑性變形的能力,該面積可以通過積分來計(jì)算。 ( 2)材料的記憶特性 ( a) 應(yīng)力 時(shí)間歷程 ( b)應(yīng)力 應(yīng)變響應(yīng) 記憶特性:由 34時(shí),先由 3點(diǎn),再由 4點(diǎn),不是沿 3的延長線(虛線),而是沿著 12的延長線,即材料記憶原來路
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