第3次课-机械可靠性设计原理与可靠度计算选读.ppt

2.规律性非稳定变应力下的疲劳强度计算 一、可靠性设计中疲劳极限线图的绘制 常规机械设计中疲劳极限线图是由各种r值下的均值画出来的一条曲线，而在可靠性设计中则是一条曲线分布带。 2.疲劳极限线图的近似绘制方法 原因：绘制具有一定精度 的分布化的疲劳极限线图。 必须掌握不同r值得疲劳极 限数据，因试验数据缺乏， 使用近似的方法绘制疲劳 极限线图，称为Haigh图的 简化图。如图所示 常规设计中，采用ACBD代替 疲劳极限图，可靠性设计中， 考虑疲劳极限的离散性，分布 化的疲劳极限图。 二、P-S-N曲线 前面的S-N曲线一般是按实验数据的平均值绘制的。实践表明，S-N曲线的实验数据受到作用载荷，试件几何形状与尺寸，表面粗糙度，材料的化学成分，及均匀性，热处理及制造工艺等因素的分散性的影响，存在着相当明显的分散性。 同一组试件在同样的条件下进行试验，疲劳寿命N不一样，具有一定的分布规律性，即与P有关，即与R可靠度有关，可以根据一定的概率来确定N值 一、机械零件的疲劳极限分布 上述分布均服从正态分布，所以有 一、机械零件的无限寿命可靠性设计 2、按零件的等寿命疲劳极限线图设计 机械零件的有限寿命可靠性设计与寿命预测 在指定寿命处 疲劳强度的均值 和标准差，a、b， 再与已求得的工 作应力的工作应 力的分布均值， 标准差，按应力 -强度分布干涉理 论计算可靠度。 二、静强度可靠性设计 不随机时间变化或变化缓慢的应力称为静应力， 当应力循环次数小于1000时也近似作为静应力处 理，静强度不够而引起的失效形式主要是整体断 裂。 1.拉杆的静强度概率法设计 2.轴的静强度概率法设计 3.螺栓连接的静强度概率法设计 3.7机械疲劳强度可靠性设计 一、载荷及应力的分类 1.载荷的分类 二、静应力下机械零件的强度判据 三、对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算 1.疲劳曲线及疲劳极限 ⑴疲劳：机械零件在变应力反复作用下损伤的累积，在远低于工程材料抗拉强度极限的循环应力作用下发生破坏的现象。 疲劳断裂的过程： 裂纹的起源、扩展、断裂 特点：一定时间内突发性 的高度局部性且在缺陷处首 先发生。 ⑵疲劳曲线：给定r值，应力循环次数与疲劳极限之间关系。 2.影响零件疲劳强度的因素 3.对称循环下应力疲劳强度的计算 四、非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算 1.疲劳极限线图 不同的循环特性r试验得到的疲劳极限值描画在以 为横坐标，以 为纵坐标的坐标系中，所绘图为疲劳极限线图 （2）零件的疲劳极限线图 （3）非对称循环应力下疲劳强度计算 五、规律性非稳定应力下机械的疲劳强度计算 1.线性疲劳损伤积累理论 3.应力呈指数，强度呈正态分布时的可靠度 4.强度呈指数分布，而应力S呈正态分布时求可靠度R 强度、应力均呈指数分布时求可靠度R 5.典型应力强度分布求可靠度的公式 根据应力强度分布形式已知的函数可靠度表计算可靠度举例 3.5可靠度的近似计算 一、可靠度的近似计算方法（可靠度与安全系数之间的关系） 定义安全系数nR为强度均值与应力均值之比 二、利用变异系数法，基本函数法， Taylor展开法，近似计算函数的均值和标准差。 Taylor可用于各种函数形式，基本函数法在简单情况下可用，变异系数法最简便。 3.6机械静强度可靠性设计 机械强度可靠性设计是以应力-强度分布干涉理论为理论基础。 一、安全系数与可靠度 1.经典意义下的安全系数 (1)定义：在机械零件的常规设计中，以强度与应力之比称为零件的安全系 数。 其特点： I、来源于人们直观认识和具体的经验总结。直观、易懂，具有实践依据。 ——机械设计的常规办法。 II、不能反映事物的客观规律，对于安全性要求较高的零件，利用常规安全 系数法存在不合理之处。只有当材料的强度值和零件的工作应力值离散性非 常小时，上述安全系数才有意义。 考虑到应力与强度的离散性，进而有了平均安全系数与极限应力状态下的安 全系数。 (2)平均安全系数：以强度均值与应力均值 之比的安全系数 (3)极限应力安全系数：强度的最小值和应 力的最大值之比 2.可靠性下意义下的安全系数 (1)将设计变量应力与强度的随机性引入到 经典意义下的安全系数中，将安全系数与 可靠度联系起来。 若工作应力为随机变量，材料强度为随 机变量，则产品的安全系数也是随机变 量，则平均安全系数不确切的反映产品的 可靠性。 (2)可靠性意义下的安全系数 (3)如果强度和应力均服从正态分布时，其 安全系数 3.可靠性安全系数与零件可靠度之间的关系 一、设计参数数据的统计处理与计算 在机械可靠性设计中，影响应力与强度分布的物理参数没有尺寸的设计参数较多，可靠性认为所有的参数都满足随机