疲劳断裂破坏地严重性.pptVIP

* * 1.2 疲劳断裂破坏的严重性 第一章 概述 introduction 1.1 什么是疲劳？ 疲劳与断裂 1.3 抗疲劳设计方法 1.4 疲劳破坏机理与断口特征 1.5 疲劳问题研究方法 返回主目录 1.2 疲劳断裂破坏的严重性 1982年，美国众议院科学技术委员会委托商业部国家标准局(NBS)调查断裂破坏对美国经济的影响。 提交综合报告 “美国断裂破坏的经济影响” SP647-1 最终报告 “数据资料和经济分析方法” SP647-2 断裂使美国一年损失1190亿美元 摘要发表于 Int. J. of Fracture, Vol23, No.3, 1983 译文见 力学进展， Vol15，No2，1985 损失最严重的是： 车辆业 (125亿/年)， 建筑业 (100亿/年)， 航空 (67亿/年)， 金属结构及制品 (55亿/年). 断裂(包括疲劳、腐蚀引起的断裂) 使美国一年损失1190亿美元, 为其1982年国家总产值的4%。 普及断裂的基本知识，可减少损失29%(345亿/年)。 对策 设计、制造人员了解断裂，主动采取改进措施，如设计；材料断裂韧性；冷、热加工质量等。 利用现有研究成果，可再减少损失24%(285亿/年)。 包括提高对缺陷影响、材料韧性、工作应力的预测能力；改进检查、使用、维护；建立力学性能数据库；改善设计方法更新标准规范等。 剩余的47%，有待于进一步基础研究的突破。 如裂纹起始、扩展的进一步基础研究；高强度、高韧性、无缺陷材料的研究等。 国际民航组织 (ICAO)发表的 “涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出： 80年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁人亡重大事故，平均每年100次。(不包括中、苏) Int. J. Fatigue, Vol.6, No.1, 1984 疲劳断裂引起的空难达每年100次以上 工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破坏的50-90%，是机械、结构失效的最常见形式。 因此，工程技术人员必须认真考虑可能的疲劳断裂问题。 机 型 SDR 报告总次数 涉及蒙皮开裂的SDR次数 飞机数 报告数 飞机数 报告数 Boeing 727 2364 36315 774 3294 737 1097 15437 257 2069 747 381 6936 134 543 DC-9 1465 26128 493 1532 SDR-使用故障报告 （美国） （1973-1990) 1993年，美国政府报告 ( PB94-143336, 1993)发表了1973-1990年期间的飞机使用故障统计结果，表中列出了四种常用机型的数据。 可见疲劳开裂仍然是值得严密关注的。 年代 设计水平 1900 2000 1800 静强度设计 使用故障、失效研究 抗疲劳设计 抗断裂设计 耐久性设计 可靠性设计 1.3 抗疲劳设计方法 控制应力水平，使裂纹不萌生或不扩展，即： SSf or ?K?Kth 无限寿命设计 (Infinite-life design) 控制疲劳裂纹萌生的是应力幅Sa 。 Sa 小于疲劳极限值 Sf 时，将不发生疲劳破坏。 控制疲劳裂纹扩展的是应力强度因子DK=f(DS, a)。 DK小于疲劳裂纹扩展门槛值DKth时，裂纹不扩展。 对于气缸阀门、顶杆、弹簧，长期频繁运行的轮轴等，无限寿命设计至今仍是简单而合理的方法。 研究载荷水平与疲劳寿命的关系； 建立描述材料疲劳性能的S-N、e-N曲线。 不需经受很多次循环的构件，无限寿命设计很不经济。 用于民用飞机，容器，管道，汽车等。 按照S-N或?-N曲线设计，使构件在有限长设计寿命内，不发生疲劳破坏的设计---安全或有限寿命设计。 安全寿命设计 ( Safe-life design ) 要选用韧性较好、裂纹扩展缓慢的材料，以保证有足够大的ac和