优化与疲劳可靠性综合.ppt

影响疲劳强度的因素 尺寸越大，材料的晶粒会愈粗、出现缺陷的几率也就会愈大、机械加工后所形成的表面冷作硬化层相对较薄。 尺寸系数：εα，ετ 尺寸影响 影响疲劳强度的因素 机件尺寸对疲劳强度也有较大的影响，在弯曲、扭转载荷作用下其影响更大。一般而言， 1、试样尺寸增大时，材料的疲劳极限降低； 2、强度高的合金钢，其尺寸影响比强度低的钢的大； 3、当应力分布不均匀性增大时，尺寸影响也增大。 尺寸影响 影响疲劳强度的因素 合金成分 显微组织 合金成分是决定组织结构的基本要素，在各类结构工程材料中，结构钢的疲劳强度最高，所以应用广泛。在结构钢中，C是影响疲劳强度的重要因素，当硬度大于HRC40，疲劳强度随C的含量增加而增加，过高则降低。其他合金元素在钢中的作用，主要通过提高钢的淬透性和改善改善钢的强韧性来影响疲劳强度 1、细化晶粒能提高疲劳强度，另外，细化晶粒还可以提高滑移形变抗力，抑制循环滑移带的形成和开裂，增加裂纹扩展的晶界阻力，这些都有利于提高疲劳强度； 2、结构钢的热处理影响，分为正火组织，淬火组织和等温淬火组织。一般正火组织因碳化物为片状其疲劳强度最低，淬火回火组织因碳化物为粒状其疲劳强度比正火高，而且随回火温度不同，其弥散碳化物的大小，数量及基体的强度也不同，从而疲劳强度也不同。 材料成分及组织 2. 疲劳可靠性优化设计流程 机械设计第11组 秦荦晟 系统的可靠性设计步骤 确定系统的可靠度指标 失效分析、可靠度预测 部件的可靠度指标分配 进行零件的可靠性设计 确定系统的可靠度指标 1、可靠度 2、故障率 3、平均寿命 4、有效寿命等 失效模式 早期失效 偶然失效 功能失效 设计制造、贮藏不当及调试等造成的缺陷 产品疲劳老化腐蚀磨损等引起 由非预期的过载、误操作、意外天灾等偶然因素造成 系统的可靠度预测 代数法 矩法 响应曲面法 蒙特卡洛法 针对正态分布的随机变量，随机变量函数为简单函数 适用于无法用函数表达的随机系统 对复杂函数，通过泰勒展开式求均值和标准差 对随机变量统计抽样试验或随机模拟，估计函数的统计参数 部件的可靠度指标分配 1、等可靠度分配原则 部件的可靠度指标分配 2、按重要度分配原则 3、按预计可靠度分配原则 对初步设计中预计可靠度高的零件，分配较高的可靠度 4、按经济性分配原则 零件的可靠性设计 1、提出设计任务，规定详细指标 2、确定有关的设计变量及参数 3、失效模式、影响及致命度分析 4、确定失效模式是否相互独立 5、确定失效模式判据 6、得出应力公式 7、确定每种失效模式下的应力分布 8、确定强度计算公式 9、确定每种失效模式下的强度分布 10、确定每种失效模式下与应力分布和强度分布相关的可靠度 11、确定零件的可靠度 12、确定零件可靠度的置信度 疲劳可靠性设计与传统机械设计的不同 1、以应力和强度为随机变量为出发点 2、应用概率和统计方法进行分析求解 3、能定量回答产品的失效概率和可靠度 4、有多种可靠性指标供选择 5、强调设计对产品可靠性的主导作用 6、必须考虑环境的影响 7、必须考虑维修性 8、从整体的、系统的观点出发 9、承认在设计期间及其以后都需要可靠性的增长 3. 疲劳可靠性优化实例 机械设计第11组 杨超文 本例的分析方法 结构强度的可靠度理论 随机有限元法 基于概率的结构强度理论的主要优点是可以全面的考虑影响结构强度可靠度中应力的统计特性计算。它与随机有限元法密不可分。通过离散随机结构，运用确定性有限元方法，可以准确地确定随季节结构的力学特性，进而合理地评估结构的可靠性。 转子叶片的工作环境 [ Image information in product ] Image : www.wizdata.co.kr Note to customers : This image has been licensed to be used within this PowerPoint template only. You may not extract the image for any other use. 研究叶片的疲劳可靠性，首先需要知道叶片的尺寸，材料性能和抗力，载荷等因素的分散性对寿命的影响 叶片随机变量分析 叶身部位的弹性模量E 榫头喉部Y方向坐标的变化 叶身部位的厚度T 1 2 3 在随机分析中，相关参量需要对随机变量的扰动量求导，下面就是求导过程 求导过程 低周疲劳分析通常采用局部应力应变法。首先，利用有限元分析计算名义应力和应力差 然后用Neiber法依据相应方程计算塑性应力和应力差 疲劳寿命的计算 通过程序对叶片进行寿命可靠度计算 数值分析结论及优化 1