可靠性理论－第7章疲劳可靠性试验方法（9节）.ppt

第7章 零件的疲劳可靠度 §1 材料的疲劳特性 ☆变应力的种类 ☆稳定循环变应力的分类—— ☆疲劳强度的基本理论 ☆疲劳极限应力图（适用于非对称循环变应力） 2.塑性材料极限应力线图的简化 ☆影响疲劳强度的主要因素三个方面： ☆影响疲劳强度的主要因素三个方面： 稳定变应力机械零件的疲劳强度计算 稳定变应力机械零件的疲劳强度计算 ⑵当试件受非对称循环应力作用时 ①r =常数的情况 （例如：绝大多数转轴） ②σm=常数的情况 ③σmin=常数的情况 2、复合稳定循环变应力的安全系数 非稳定变应力机械零件的疲劳强度计算 非稳定变应力机械零件的疲劳强度计算 非稳定变应力疲劳强度计算 1、 等效循环次数法 强化疲劳试验的依据 根据疲劳强度理论，疲劳极限曲线在其有限寿命范围内通常为应力的幂函数，即 可靠性意义下的疲劳极限曲线 等幅交变应力下的疲劳可靠性计算 例 某合金钢零件Smax=166MPa,r=0.1的脉动应力下，测得一组n＝10个试件的疲劳寿命如表所示，试估计其R分别为99.9％、90％和50％的总体安全寿命。 2）估计安全寿命 随机载荷及统计方法 载荷的准备 若与可靠度R对应的u值为up，且已知，则对应的疲劳寿命为 如果有n个疲劳试验的数据结果N1，N2……Nn，只要求得疲劳寿命样本的平均值和方差的均值，作为上式总体 和 的估计量，进行任意可靠度R下的对数疲劳寿命、安全寿命等参数的估计。 2.2577 2.2201 2.2041 2.1875 2.1673 2.1461 2.1399 2.1303 2.1271 20.934 对数lgNi 181 166 160 154 147 140 138 135 134 124 次数Ni/103 解 1)求样本均值 当R＝0.999时，查标准正态概率分别表得up＝3.09，使用其下百分位点，从而 * * ☆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 σmax=σmin σa=0 σm=σmax r= +1 σmax r = 0 σmax= -σmin=σa σmin r= -1 σa σa σmax σmin σm -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=0 t σ 0 σa σm=σa σa σm=0 A B C D σmax N 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 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。 σ N 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 N σrN N0 σr σr∞ 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 = -1、可靠度R=50%的疲劳曲线。 O A σa σm ?B ?S B S 45o 45o 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