机械抗疲劳设计1ppt课件.ppt

结论： 二 几何尺寸 尺寸效应: 其它条件相同(包括剖面上的应力大小)，零件剖面的绝对尺寸越大，其疲劳极限就越低。 1933年Faulhaber研究和金钢试样时，将其直径由7.5mm增至27mm时，发现其疲劳极限降低了10%~15%，解释为尺寸增大缺陷增多。 剖面绝对尺寸对疲劳极限的影响，通过采用绝对尺寸系数??(或??)来考虑 ，定义为： 即： 钢零件的尺寸系数 (1) 尺寸加大，疲劳极限降低。d=0~100mm时斜率较大，应控制其尺寸； (2)高强度的合金钢比低强度的碳钢尺寸影响大。 (1) 尺寸加大，疲劳极限降低。d=0~50mm时斜率较大，应控制其尺寸； (2)高强度的铸铁比低强度的铸铁尺寸影响大。 讨论： (1) 尺寸加大，疲劳极限降低；（大尺寸试件缺陷多，对拉压疲劳影响不大，对弯曲和扭转疲劳影响较大。尺寸大应力梯度小。裂纹易发展；尺寸小而应力梯度大，裂纹不易发展。） (2)高强度钢（铸铁）比低强度的钢（铸铁）尺寸影响大； (3)与应力集中有关，尺寸加大，应力集中亦加大。 结论： 三 表面品质 表面品质情况对零件的疲劳极限影响较大。 1. 表面加工的影响： 表面加工的影响用 来考虑，定义为： 讨论： （1） （2） 粗糙度应尽可能小； 尽可能选用中低强度材料；采用高强度钢制造零件时，应采用精磨或抛光工艺。 2. 表面腐蚀的影响： 腐蚀环境中裂纹数目多，应力作用频率有影响。表面腐蚀的影响用 来考虑，定义为： 3. 表面强化的影响： 强化目的: 提高零件表层的强度性能，并在表层内产生残余压应力（可抵消一部分工作拉应力），阻止裂纹的产生及扩展。 强化方法 表面冷作变形（喷丸、辊轧、滚压、抛光等）； 表面热处理（高频、火焰、渗碳、氮化、氰化等）； 表面敷层法（电镀、喷镀等）。 辊压 喷丸 表面淬火 渗碳淬火 氮化 各种表面强化工艺的残余应力分布 喷丸工艺和辊压工艺的强化作用 工作切应力 接触面下距离 b 2b 3b b 2b 3b 残余应力 b 2b 3b 叠加应力 辊压工艺的强化机理 各种表面敷层法对零件疲劳极限的影响 表面强化引入 来考虑，定义为： （2） 综上所述，一般取： 且有： 讨论： （1） 2. 对于变应力： 可以将 作分解： 其中， 为静应力成分，故： 而 则受 、 及 的影响，考虑到有： 四 零件的疲劳极限 1. 对于静应力： 即为材料静强度极限； 不受 、 和 的影响。 令： 称为零件系数，则有： 同理，有剪切应力形式： 3. 零件的疲劳极限图； 将材料的疲劳极限图的纵坐标除以Ke，横坐标保持不变，即可得到零件的疲劳极限图。 A(r=-1) C(r=0) B(r=+1) S 零件极限应力 材料极限应力 事实上，根据对疲劳试验的数据分析，任何不对称循环变应力的应力集中系数与对称循环变应力的应力集中系数之比为： 也证明了 与 无关； 与 同理。 二 疲劳极限图 以平均应力 为横坐标，以最大应力（及最小应力） 为纵坐标作图。 S 该图并非由专门试验得出，而是由前者转换而来，目的是直接反映 （或 ）对材料疲劳极限的影响。 其可行域即为曲线ABCB/A/所围成的区域。 实际设计时，设计方程可用相应折线代替；剪应力方程亦可参照上述过程建立。 S = = 三 疲劳极限的经验公式 各种材料的疲劳极限均应由其疲劳试验求得，并载入材料的机械性能数据表中以便使用。当缺乏某种材料的疲劳极限值时，可以根据其静强度极限来估算，即利用经验公式计算出其疲劳极限值。这些公式是根据多种光试样试验资料经统计得出。 结构钢 铸铁 铝合金 青铜 拉 压 弯 曲 扭 转 对称循环 脉动循环 对称循环 脉动循环 对称循环 脉动循环 第三节 疲劳损伤积累理论 累积损伤是有限寿命设计的核心问题，由于它对疲劳设计的重要性，几十年来一直是许多疲劳学者孜孜不倦进行研究的中心问题之一。 疲劳损伤是一个累积损伤的过程。对于等幅交变应力，可用?—N曲线和?m —?a曲线以表示在不同应力水平下达到疲劳破坏所需要的循环次数。同样，对于实际的零件或构件等，也可通过试验直接测定零件的疲劳曲线。但应当指出：只有在一个应力水平下循环加载才能直接用?—N曲线来估计零件寿命。如果在两个或更多个应力水平下循环加载，就无法直接用?—N曲线来估计零件的寿命了。例如零件在两个应力水平下加载，用?—N曲线我们可确定?l作用下到破坏时的循环次数为N1，在?2作用下，到破坏时的循环次数为N2；但我们无法直接知道在?l和?2联合作用下(两者之组合