7-4 疲劳断裂.ppt

内容提要 一、引言 三、疲劳裂纹萌生和扩展的机理及规律 1、疲劳破坏机理 2、断口特征的宏观特征 3、断口初步失效分析 四、抗疲劳设计方法 (一）应力疲劳-名义应力疲劳设计法 1、特点 2、设计依据-疲劳性能 3、设计方法 （1）恒幅应力设计方法 （2）变幅应力设计方法 （3）非对称循环应力设计方法 4、例题 （1）恒幅应力 （2）变幅应力 5、ANSYS疲劳分析 1）疲劳分析的基本思路 2）疲劳分析的基本步骤 3）疲劳分析实例 （二）局部应力应变分析法 1、特点 2、原理 （三）损伤容限设计法 1、特点 2、断裂力学基础 （1）断裂力学的研究内容 （2）裂纹类型 （3）断裂判据 （4）例题 3、剩余寿命估算 （1）剩余寿命估算原理 （2）例题 4、ANSYS断裂力学计算 12.3.2. Stress-Intensity Factors Calculation VM256Fracture mechanics stress for a crack in a plate 疲劳分析时的材料性质包括：应力寿命曲线（S-N曲线）、温度应力曲线和材料的弹塑性参数M和N。具体操作为 l 输入S-N曲线：选择菜单Main Menu: General Postproc→Fatigue→S-N Table→ 输入S-N曲线数值→ OK按钮。 建立位置、事件和载荷的数目，定义材料疲劳性质，确定位置和应力集中系数：缺省情况下，一个事件内可以包含3个位置，10个事件和3个载荷； l 指定应力位置：选择菜单Main Menu: General Postproc→Fatigue→Stress Locations→设参考号和位置→OK按钮。 存储应力，指定时间循环次数和比例系数，为了进行疲劳分析，必须知道不同事件下的应力，每个位置处的载荷和每个事件的循环次数。具体操作为 l? 提取应力值：选择菜单Main Menu: General Postproc→Fatigue→From rst File, 应力位置,OK按钮。 l存储节点应力：选择菜单Main Menu: General Postproc→Fatigue→Specified Val→应力位置→OK按钮。 l?设定事件重复次数：选择菜单Main Menu: General Postproc→Fatigue→ Assign Events, 事件号，重复次数, OK按钮。 激活疲劳计算：Main Menu: General Postproc→ Fatigue → Calculate Fatigue 观察结果：疲劳计算结果包括与事件和载荷对应的疲劳强度，循环次数，寿命，温度，和寿命耗用系数等。 （1）带有小圆孔的板疲劳分析 （2）压力容器疲劳 1、特点 2、原理 (2)局部应力应变分析法——是在低周疲劳的基础上发展起来的一种疲劳寿命估算方法，其基本设计参数为应变集中处的局部应变和局部应力。 循环应力—应变曲线 应变—寿命曲线 材料的记忆特性 “材料记得曾为反向加载所中断的应力_应变路径”. 1、特点 2、断裂力学基础 3、剩余寿命估算 （1）损伤容限设计法——是以断裂力学理论为基础，以无损检测技术和断裂韧性与疲劳裂纹扩展速率的测定技术为手段，以有初始缺陷或裂纹构件的剩余寿命估算为中心，以断裂控制为保证，确保零件在使用期内能够安全使用的一种疲劳设计方法。 （2）思路：损伤容限设计允许零件有初始缺陷或在使用寿命中出现裂纹，发生破损，但是在下次检修前要保持一定的剩余强度，能正常使用，直至下次检修时能够发现，予以修复成更换。 （3）损伤容限设计的三要素为: 剩余强度(用断裂力学方法进行分析)、 损伤增长〔按照疲劳裂纹扩展方法分析预测) 检查周期(依据检出能力进行的概率统计分析)。 （4）损伤容限设计的目标：以检查控制损伤的程度，保证结构安全。 （5）损伤容限设计的关键是:研究随机谱下的损伤累积方法，以期尽可能正确地预测结构中的损伤增长。 断裂力学研究的内容： 剩余强度与裂纹尺寸有何关系？控制含裂纹构件的参量是什么？如何建立断裂判据？ 裂纹如何扩展？剩余寿命如何估算？ 构件中可以允许多大的初始裂纹？如何安排检修周期？ 1、裂纹尖端的应力强度因子 式中 σ——外加的均匀拉伸应力，a——裂纹尺寸，对内部裂纹和贯穿裂纹而言为裂纹的半长度，对表面裂纹而言为裂纹深度，f——决定于裂纹体形状、裂纹形状式的系数。 2、断裂判据 式中 K1c——断裂韧性。 3、控制断裂的三个主要因素: 1）裂纹尺寸和形状;2)作用应力;3)材料的断裂韧性。 裂纹尺寸越大，作用应力越高，发生断裂的