10-第四章可靠性设计-3疲劳强度可靠性设计概论.ppt

疲劳强度可靠性设计　　 1、任务和目标： 　　在规定的寿命内和规定的使用条件下，保证产品不发生疲劳破坏的概率在给定值（可靠度）以上。 * 一、疲劳失效机理 　　疲劳失效指产品工作一段时间后发生破坏而失效 　产品在交变应力的循环作用下逐渐断裂、破损 二、疲劳失效的特点 1）工作应力最大值小于产品屈服强度 2）失效在产品工作一段时间后发生 3）失效周期与应力大小有关，应力大，失效周期短；应力小，失效周期长 4）破坏断面上有光滑区和粗糙区 三、疲劳强度影响因素 1) 零件外形结构上的应力集中 在疲劳强度的分析计算中通过有效应力集中系数k加以体现 2)零件尺寸　 当其他条件相同时，尺寸越大，对疲劳强度的影响越显著,因尺寸越大,强度不稳性越高. 2)零件尺寸 　在疲劳强度的分析计算中,零件尺寸对疲劳寿命的影响用尺寸系数ε来度量, 3) 表面加工质量　　 　　由于产品的表面粗糙度因加工方法不同而不同,因此，在疲劳强度的分析计算中用表面质量系数β来加以考虑 4) 表面强度 　　因为产品经表面经过处理后疲劳强度有所改善，因此，在疲劳强度的分析计算中用零件的强化系数β２来加以度量． β２的取值可以经过查手册获得 概念： 随时间作周期性变化的应力 四、疲劳失效的循环应力 应力循环:应力每重复变化一次称作一次循环。 应力循环次数:应力重复变化的次数 应力循环曲线:应力随时间变化的关系曲线 循环应力术语及相关参数 平均应力σm： 应力幅σa ： 应力循环特征r： σ max-最大应力； σ min-最小应力 循环 应力 稳定循环应力 非稳定循环应力 脉动循环应力 对称循环应力 非对称循环应力 规律性非稳定循环应力 随机性非稳定循环应力 循环应力分类 对称循环应力 r = -1; σmax＝- σmin　 脉动循环应力 r =0; σmin=0　 五、疲劳强度可靠性相关概念 　 1)疲劳强度： 产品无故障所能承受的最大循环应力。 2)疲劳强度可靠性： 产品在规定的寿命内和规定的使用条件下，不发生疲劳破坏的概率。 3)疲劳极限：指产品经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力. 六、σ—N 疲劳曲线 N—试件的应力总循环次数 σr N　—与试件寿命对应的极限应力 疲劳曲线基于点N0分为两个区域： 有限寿命区——NN0 的部分 无限寿命区——N≥N0的部分 八、疲劳强度可靠性设计 2、方法原理： 　　由于疲劳强度和工作应力都呈正态分布，因此可以依据疲劳强度＞工作应力的原则通过对如下概率的计算得到产品的可靠度． R = P（σrN＞工作应力） 具体就是采用与强度可靠性计算类似的方法，通过对可靠度指数Zr的计算，得到可靠度。 九、提高疲劳强度的措施 1） 消除和降低产品的应力集中 提高产品疲劳强度的首要措施 ▲ 在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用类似减载槽的结构来降低应力集中。 在综合性能要求和经济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理。 2）提高材料疲劳强度 *