外文翻譯--穩(wěn)定的交變應(yīng)力下的疲勞壽命預(yù)測 中文版

穩(wěn)定的交變應(yīng)力下的疲勞壽命預(yù)測 安全系數(shù)的方法常用于測試機械設(shè)計的部分疲勞強度。其評判標(biāo)準(zhǔn)是 S S。第一步確定部分壓力的最大值和最小值，然后確定平均壓力值和應(yīng)力幅值。因此在容許的疲勞設(shè)計圖上會顯示作業(yè)點（），把和作為評定安全系數(shù)，把 S作為允許安全系數(shù)。這部分簡單介紹一下在單軸應(yīng)力情況下三種常見的應(yīng)力設(shè)計（如 r，分別為常數(shù)）。 （ 1） 以 r=c(c 為常數(shù) )為例。容許的疲勞設(shè)計圖如圖 3.6所示。 當(dāng)作業(yè)點在疲勞安全區(qū)內(nèi)時， 當(dāng)作業(yè)點在塑性安全區(qū)域內(nèi)時，針對屈服強度的安全系數(shù)條件為 (2)當(dāng)，允許疲勞設(shè)計圖如圖 3.37 所示。 當(dāng)作業(yè)點在疲勞安全區(qū)內(nèi)時， （ 3.37） 當(dāng)作業(yè)點在塑性安全區(qū)域內(nèi)時，針對屈服強度的安全系數(shù)條件為 (3.38) (3)當(dāng)，允許疲勞設(shè)計圖如圖 3.38 所示。 當(dāng)作業(yè)點在疲勞安全區(qū)內(nèi)時， (3.39) 當(dāng)作業(yè)點在塑性安全區(qū)域內(nèi)時，針對屈服強度的安全系數(shù)條件為 (3.40) 3.2.4.6 規(guī)則的變應(yīng)力下的疲勞壽命預(yù)測 對于大部分受到隨機變化的循環(huán)應(yīng)力強度機械和結(jié)構(gòu)部件（例如汽車懸架和飛機結(jié)構(gòu)），其疲勞壽命預(yù)測是非常復(fù)雜的，并且需要基于大量 實驗的統(tǒng)計疲勞強度的方法。但是，對于收到規(guī)律的不穩(wěn)定變應(yīng)力循環(huán)強度的部分（如機床主軸），疲勞壽命可以線性累積損傷理論進行預(yù)測，也叫做 Palmgrem 法則或 Miner 法則，其假設(shè)周期的故障數(shù)與損壞程度存在著線性關(guān)系。這種法則在邏輯上假設(shè)了這樣一個簡單的概念：如果某部分以進行周期性壓力加載，導(dǎo)致個循環(huán)的失敗，假設(shè)每次循環(huán)加載負荷都對那部分產(chǎn)生相同的損害，每個循環(huán)的損害率是 1/個循環(huán)之后，壓力水平 /。相同地，壓力水平 /，等等。當(dāng)總的損壞率達到 100%時，疲勞破壞發(fā)生了。 線性累積損傷理論如下式：，的循環(huán)次數(shù)， ，表示在這下壓力強度下的疲勞壽命，如圖3.9 所示?；诩僭O(shè)這下壓力水平在有限的循環(huán)次數(shù)下不會產(chǎn)生損壞，忽略了低于疲勞極限的壓力水平。 需要指出的是，這種理論雖然是預(yù)測疲勞壽命一個很好的工具，但是他只是一個估算的方法。根據(jù)大量試驗證明，當(dāng)壓力水平，相近時且沒有任何過載時，此理論才能得以證實。然而，當(dāng)壓力水平從高到低逐漸減少時，損壞程度會大于 1，當(dāng)壓力水平從低到高逐漸增加時，損壞程度小于 1。這種情況通常發(fā)生在的工程中。 3.3 機器部件的表面強度 除了發(fā)生在構(gòu)件內(nèi)部的損壞（斷裂，壓彎，過度變形），構(gòu)件表面也 可以發(fā)生各種各樣的損壞，對其使用造成不便。事實上，經(jīng)驗表明，一些機器部件，例如一組配對齒輪，滾珠，軸承，摩擦離合器等等，它們通過與另一個組件相互滾動滑動工作，相對于破裂，表面損傷更可能導(dǎo)致其失效。組件對于承受表面損壞的能力叫做表面強度，根據(jù)接觸類型和作用條件可以分為表面接觸強度，表面擠壓強度，表面耐磨強度。 3 3.1 表面接觸應(yīng)力和強度 當(dāng)兩個曲面彈性體相互擠壓時，理論點和線接觸歲接觸體中綜合因素導(dǎo)致的面接觸的變化而變化。曲面組件相互擠壓產(chǎn)生的壓力叫做接觸強度，或者叫 Hertz 強度，以紀(jì)念德國 Heinrich Hertz 在彈性接觸壓力方面的原始分析。以下僅考慮接觸柱和接觸球。 當(dāng)兩個長為 b，半徑為的柱體以大小為 F 的力相互擠壓，并且力沿長度 b 均勻分布，接觸面是一個窄的矩形，寬為 2a，長為 b。類似地，當(dāng)接觸的兩個半徑分別的球體受到集中力 F的作用，將會產(chǎn)生一個半徑為 c 的圓形接觸面。這兩種情況都會產(chǎn)生半橢圓形分布，例如最大接觸壓力會產(chǎn)生于沿壓力軸的接觸面的中心，如表 3.1 所示。 制定 ,和 ,分別為兩個接觸體的彈性模量和材料泊松比，接觸壓力的等式如表 3.1 所示?？梢钥闯?，最大接觸應(yīng)力和力 F 之間是非線性關(guān)系，因為對于柱 體 ,對于球體 , 此公式可以應(yīng)用于內(nèi)筒和內(nèi)球體，內(nèi)表面半徑取負值 =-，也可以用于與平面表面接觸的柱體或球體，取。 對于脆性材料，加載靜載荷的表面損壞通常是擠壓損壞，對于塑性材料，表面損壞通常是塑性 變 形 。 針 對 這 種 情 況 的 應(yīng) 力 設(shè) 計 標(biāo) 準(zhǔn) 為 ： (3.42) 其中， 動荷載產(chǎn)生的表面損壞通常是因為反復(fù)施加在接觸表面上下的壓力。在接觸面下發(fā)展到15-25m 的剪應(yīng)力會不斷產(chǎn)生剪切塑性，產(chǎn)生疲勞損壞并且傳播到表面，致使表面材料的小部分發(fā)生分離，點蝕和剝落。對于配對齒輪，滾珠軸承等組件，點蝕和剝落是常見的疲勞損壞。表面的疲勞損壞 會產(chǎn)生振動和雜音，致使有效工作區(qū)的減少，部分承載能力的降低，工作狀況的破壞。 雖然發(fā)生點蝕的機制還有安全弄明白，但是得到大家認同的是： Hertz 強度，循環(huán)數(shù)，表面處理，硬度，潤滑程度，溫度都對強度有影響。交接材料表面疲勞強度的定義類似于塊狀材料。如表 3.3，方程 3.28， 3.29 所示。只有當(dāng)疲勞強度與循環(huán)數(shù) N 相對應(yīng)時，它才成為接觸耐力極限或者接觸疲勞極限，記作。 3.3.2 表面擠壓應(yīng)力和強度 兩部分互相接觸傳輸負載，發(fā)生在接觸面的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力。圖 3.10 表明受軸向載荷 F的軸銷連接。很明顯，當(dāng)應(yīng) 力超過材料的極限，擠壓應(yīng)力就睡出現(xiàn)在接觸表面的銷和孔的軸之間。除滿足其它強度要求，必須設(shè)計承受擠壓載荷的部件，這樣就使擠壓應(yīng)力是在可接受的限度內(nèi)。由于擠壓應(yīng)力的分布是復(fù)雜的（如圖 3.10 虛線標(biāo)注），在工程中，假設(shè)擠壓應(yīng)力是不均勻分布的（如圖 3.10 實線所示）。擠壓強度的簡化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為： (3.43) 其中，和 分別為擠壓應(yīng)力和允許擠壓應(yīng)力。 A 為接觸面或投影區(qū)域的彎曲接觸面的面積。 3.3.3 表面磨損強度 在滑動或滾動接觸條件下，機械零件的磨損是工作失敗的最主要的原因。磨損可以被定義為在機械作 用的結(jié)果下，材料從固體表面去除的過程。磨損的機理是復(fù)雜的，涉及許多因素，如材料，硬度和表面粗糙度，接觸壓力，滑動或滾動速度和各種環(huán)境條件（濕度，溫度和潤滑等）因此耐磨壽