疲勞研究簡(jiǎn)介

疲勞研究簡(jiǎn)介疲勞及疲勞破壞：由于固體內(nèi)部微觀組織中位錯(cuò)的存在，在外部交變載荷作用下，裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展直至固體發(fā)生破壞的過程。疲勞現(xiàn)象的基本認(rèn)識(shí)內(nèi)因：金屬中的晶體的位錯(cuò)外因：交變載荷過程：損傷累積的過程，有明顯的裂紋萌生和擴(kuò)展過程非疲勞破壞與疲勞破壞斷裂強(qiáng)度（Speak）瞬間斷裂循環(huán)（Sa，Sm）i損傷累積疲勞研究的目的疲勞破壞是機(jī)械設(shè)備的主要破壞形式（80％～90％）；疲勞破壞往往造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；通過試驗(yàn)、計(jì)算或監(jiān)控手段，防止疲勞失效及其造成的事故，保障設(shè)備使用安全是疲勞研究的主要目的?？蛊诒Ｕ习踩氖侄瓮ㄟ^計(jì)算分析和試驗(yàn)考核手段，進(jìn)行疲勞壽命設(shè)計(jì)。根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)，不參與使用過程。壽命估算CAD/CAE失敗通過設(shè)計(jì)方案用戶要求數(shù)據(jù)庫材料數(shù)據(jù)道路載荷道路試驗(yàn)產(chǎn)品試制通過失敗用戶使用量產(chǎn)抗疲勞保障安全的手段通過監(jiān)控手段，建立疲勞壽命動(dòng)態(tài)估計(jì)和安全預(yù)警機(jī)制，參與使用過程，當(dāng)設(shè)備瀕臨破壞時(shí)，給出預(yù)警，以便用戶進(jìn)行維護(hù)和更換。即將破壞？預(yù)警計(jì)算信號(hào)監(jiān)控

調(diào)整使用行為否是疲勞壽命疲勞設(shè)計(jì)的目標(biāo)量化疲勞壽命：設(shè)備在正常使用過程中，所承受交變載荷的循環(huán)次數(shù)。裂紋萌生壽命裂紋擴(kuò)展壽命總壽命疲勞破壞研究的基本內(nèi)容內(nèi)因：材料的基本特性、幾何尺寸、表面處理等抗疲勞性質(zhì)外因：載荷特征的提取及其對(duì)疲勞過程的影響疲勞模型：綜合內(nèi)因和外因的疲勞過程，內(nèi)因和外因作用于疲勞過程的數(shù)學(xué)表達(dá)循環(huán)（Sa，Sm）i損傷累積工程實(shí)用疲勞理論載荷幾何尺寸、加工材料屬性疲勞模型疲勞壽命內(nèi)因外因疲勞分析經(jīng)典五框圖過程疲勞設(shè)計(jì)的目標(biāo)量化疲勞壽命：設(shè)備在正常使用過程中，所承受交變載荷的循環(huán)次數(shù)。裂紋擴(kuò)展壽命斷裂力學(xué)方法（LEFM）損傷容限法裂紋萌生壽命局部應(yīng)變（e-N）法總壽命名義應(yīng)力（S-N）法工程實(shí)用疲勞理論同樣的名義應(yīng)力，同樣的總壽命名義應(yīng)力（S-N）法ΔSNf同樣的應(yīng)力幅值，均值應(yīng)力大，則壽命短名義應(yīng)力法平均應(yīng)力修正Kf

－－應(yīng)力集中；msur－－表面加工質(zhì)量以及表面處理；msize－－尺寸效應(yīng)；…名義應(yīng)力法其它修正ΔSNf同樣的局部應(yīng)變，同樣的裂紋萌生壽命局部應(yīng)變（e-N）法εa2Nf平均應(yīng)力：根據(jù)Neuber法則算平均應(yīng)力，應(yīng)用SWT方法或Morrow方法修正eN曲線表面加工質(zhì)量和表面處理應(yīng)力集中…局部應(yīng)變法修正同樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子，同樣的裂紋擴(kuò)展速率線彈性斷裂力學(xué)法（LEFM）若結(jié)構(gòu)在應(yīng)力幅為ΔS的載荷作用下，其疲勞壽命為Nf

，則單次幅值為ΔS的載荷循環(huán)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷為：疲勞損傷的定義ΔSNf若結(jié)構(gòu)在應(yīng)力幅為ΔSi

的載荷作用下，其疲勞壽命為Nfi，則n次幅值為ΔSi

的載荷循環(huán)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷為：疲勞損傷的定義ΔSiNfi損傷的線性累加（Miner）準(zhǔn)則：不同應(yīng)力幅的載荷混合作用下，載荷循環(huán)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷為：損傷的線性累加準(zhǔn)則ΔS1

ΔS2

ΔS3Nf1Nf1Nf2Nf3實(shí)際工作中，結(jié)構(gòu)所受的載荷是不規(guī)則的，具有一定的隨機(jī)性，在物理樣機(jī)形成之前的設(shè)計(jì)階段，較難在試驗(yàn)臺(tái)上再現(xiàn)載荷譜處理與損傷累積應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)方法，統(tǒng)計(jì)載荷的均值和幅值分布載荷譜的特征提?。河炅鞣ㄓ炅饔?jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果，對(duì)個(gè)循環(huán)計(jì)算損傷值，并累加計(jì)算壽命變載荷損傷累積和壽命計(jì)算∑疲勞模型大多以應(yīng)變或應(yīng)力為基本的載荷輸入，若載荷譜測(cè)錄能直接獲取局部應(yīng)力應(yīng)變，則疲勞壽命可以直接計(jì)算；載荷譜的獲取和應(yīng)用對(duì)于非直接測(cè)量的其它載荷譜信息，通常有兩種用途：道路模擬試驗(yàn)機(jī)，通過試驗(yàn)得到壽命，用于物理樣機(jī)的壽命考核；在有限元計(jì)算結(jié)果中作為邊界條件加入，求解動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變譜，然后帶入疲勞計(jì)算模型中分析壽命，用于樣機(jī)之前的虛擬壽命設(shè)計(jì)；作用：在設(shè)計(jì)的較早階段就對(duì)零部件以及整機(jī)進(jìn)行疲勞分析并做初步的評(píng)估，減少疲勞壽命設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)的依賴，提高設(shè)計(jì)效率，降低開發(fā)成本，縮短設(shè)計(jì)周期有限元疲勞分析基本流程：載荷幾何尺寸、加工材料屬性有限元疲勞壽命疲勞模型直接法：以載荷譜為邊界條件，在時(shí)域中加載荷步；計(jì)算成本太高，對(duì)長載荷譜無法應(yīng)用。有限元疲勞分析思路可處理長載荷譜的簡(jiǎn)化方法：不考慮模態(tài)：準(zhǔn)靜態(tài)線性疊加法考慮模態(tài)：模態(tài)疊加法每一個(gè)疲勞問題都有其明顯的特殊性，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意在基本疲勞模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的修正；疲勞理論的工程應(yīng)用大多數(shù)的疲勞壽命計(jì)算，尤其是有限元虛擬壽命計(jì)算，所得到的結(jié)果都是一個(gè)概念性的值，其計(jì)算只能提供方向性的指導(dǎo)作用，最終的疲勞壽命應(yīng)該與試驗(yàn)相關(guān)聯(lián)。計(jì)算分析：模擬試驗(yàn)：要獲得一個(gè)合理的疲勞壽命設(shè)計(jì)，一定要調(diào)查設(shè)計(jì)目標(biāo)的用途，也即必須得到載荷譜；關(guān)聯(lián)有限元疲勞的工程應(yīng)用一個(gè)實(shí)例：散熱器某焊接部位的焊點(diǎn)分布焊點(diǎn)數(shù)量？焊點(diǎn)位置？基于有限元的虛擬疲勞分析可對(duì)焊點(diǎn)位置做合理的優(yōu)化，大大減少樣品試驗(yàn)的費(fèi)用布萊爾