汽车车身设计-第七章.ppt

3.破损—安全设计 结构在规定的使用年限中，允许产生疲劳裂纹，并允许疲劳裂纹扩展，但其剩余结构的强度应大于限制载荷。在设计中要采用断裂控制措施，确保裂纹在被检测出来而未修复之前不致造成结构破坏 第二节 疲劳设计方法 一、疲劳强度、疲劳极限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方法 四、疲劳分析软件 4.损伤容限设计 是破损—安全设计方法的体现和改进 首先假定零构件内存在初始裂纹，应用断裂力学方法来估算其剩余寿命，并通过试验来校验，确保在使用期内裂纹不致扩展到引起破坏的程度 适用于裂纹扩展缓慢而断裂韧性高的材料 第二节 疲劳设计方法 一、疲劳强度、疲劳极限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方法 四、疲劳分析软件 5.耐久性设计 前述方法共同点： 以保证结构的安全为目的 以构件最危险的细节的疲劳破坏代表整个构件的破坏 两个问题： 除最危险细节外，其它可能发生疲劳破坏处的损伤情况如何？它们是否会在转变为影响结构安全的主要矛盾？ 如何在保证结构安全和功能的条件下，提高结构使用、维护的经济性？ 耐久性设计方法：以结构的经济寿命分析为基础的一种更经济、更有效的疲劳设计方法 两个最重要的发展 从考虑若干最危险的细节，发展到考虑结构中可能发生疲劳开裂的细节全体 从保证结构的使用安全性，发展到既考虑结构使用安全又追求更好的使用维修经济性 第二节 疲劳设计方法 一、疲劳强度、疲劳极限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方法 四、疲劳分析软件 主要有两类：试验法和试验分析法 试验法 完全依赖于试验，是传统的方法 直接通过与实际情况相同或相似的试验来获取所需的疲劳数据 可靠，但必须在样机试制之后才能进行。费用高、周期长，且无法和设计并行，试验结果不具有通用性 试验分析法 依据材料的疲劳性能，对照结构所受到的载荷历程，按分析模型来确定结构的疲劳寿命 包含三部分：材料疲劳行为的描述，循环载荷下结构的响应，疲劳累积损伤法则 按计算疲劳损伤参量不同分为：名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法、能量法、损伤力学法、功率谱密度法等 第二节 疲劳设计方法 一、疲劳强度、疲劳极限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方法 四、疲劳分析软件 疲劳寿命分析方法随计算机技术和有限元分析的发展得到了广泛的应用 用有限元法计算疲劳寿命 第一步：根据载荷和几何结构计算其中的应力变化历程 第二步：获得应力应变响应后，结合材料性能参数，应用不同的疲劳损伤模型进行寿命计算 有限元技术已成为一种不可缺少的分析工具。在一些重要的工业领域得到应用 有限元疲劳计算的优点： 可以和设计并行 能够减少试验样机的数量，缩短开发周期，降低开发成本，提高市场竞争力 第二节 疲劳设计方法 一、疲劳强度、疲劳极限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方法 四、疲劳分析软件 MSC.Fatigue ETA/VPG FEMFAT … 第二节 疲劳设计方法 一、疲劳强度、疲劳极限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方法 四、疲劳分析软件 抗疲劳设计的问题 寿命计算通常不如强度计算精确 疲劳特性不能从其他机械特性中精确地推断出来，必须直接测量才能得到 为确保使用寿命，做整机测试是很有必要的 同样环境下得到的测试试验结果可能大相径庭，这就需要用统计数据来解释 材料和外形的选择必须考虑到裂纹扩展速率缓慢，尽量在发生破坏前就检查出裂纹的存在 为了获得一定的可靠性，必须进行“失效安全”设计 第三节 疲劳分析基本理论简介 一、疲劳问题 二、应力循环 三、S-N曲线 四、平均应力对疲劳过程的影响 无限寿命设计条件 构件的应力水平通常用名义应力表示，上述方法称为名义应力法（S-N） 名义应力法主要适用于构件的实际应力水平在材料的弹性范围内，而且材料的失效循环次数很高的高频疲劳问题 应力水平较高、循环次数较低的低频疲劳区问题，在疲劳区通常会存在塑性应变成分，名义应力法的效果不好。应该使用基于应变-寿命分析的理论，如：局部应力-应变（ε-N ）法 第三节 疲劳分析基本理论简介 一、疲劳问题 二、应力循环 三、S-N曲线 四、平均应力对疲劳过程的影响 典型的疲劳应力循环 对称循环（图a）：完全对称的正弦型等幅应力循环，在没有过载且以恒速运转的旋转轴中最常见 脉动循环（图b）：最大应力不等于最小应力，且都是拉伸应力 随机应力循环（图c）：应力循环没有一定的规律。通常是由作用在结构上的随机载荷所致，这种情况在实际工程中更具有代表性 第三节 疲劳分析基本理论简介 一、疲劳问题 二、应力循环 三、S-N曲线 四、平均应力对疲劳过程的影响 第三节 疲劳分析基本理论简介 一