第二章應(yīng)力疲勞

本文格式為Word版，下載可任意編輯——第二章應(yīng)力疲勞其次章其次章應(yīng)力疲乏應(yīng)力疲乏2.1S2.1S--NN曲線曲線2.22.2平均應(yīng)力的影響平均應(yīng)力的影響2.32.3影響疲乏性能的若干因素影響疲乏性能的若干因素2.42.4缺口疲乏缺口疲乏2.52.5變幅載荷譜下的疲乏壽命變幅載荷譜下的疲乏壽命2.62.6隨機(jī)譜與循環(huán)計數(shù)法隨機(jī)譜與循環(huán)計數(shù)法返回主目次返回主目次1應(yīng)力疲乏:Smax104，也稱高周疲乏。

應(yīng)變疲乏:SmaxSy，Nf10N1033--101044。。

S34567LgNSf3)3)三參數(shù)式三參數(shù)式(S-S(S-Sff))mm.N=C.N=C63.S-N3.S-N曲線的近似估計曲線的近似估計斜線斜線OA+OA+水平線水平線ABABR=-1R=-1，，旋轉(zhuǎn)彎曲時有：旋轉(zhuǎn)彎曲時有：

SSf(bending)f(bending)=0.5S=0.5Suu(S(Suu1400MPa)1)1)疲乏極限疲乏極限SSff與極限強(qiáng)度與極限強(qiáng)度SSuu之關(guān)系之關(guān)系500500100015002008000AB旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限SMPaf材料極限強(qiáng)度SMPauS/S=0.5fuS=700f常用金屬材料數(shù)據(jù)圖常用金屬材料數(shù)據(jù)圖7軸向拉壓載荷作用下的疲乏極限軸向拉壓載荷作用下的疲乏極限可估計為：可估計為：

SSf(tension)f(tension)=0.7S=0.7Sf(benting)f(benting)=0.35S=0.35Suu測驗在測驗在(0.3-0.45)S(0.3-0.45)Suu之間之間高強(qiáng)脆性材料，極限強(qiáng)度高強(qiáng)脆性材料，極限強(qiáng)度SSuu取為取為bb；

；

延性材料延性材料,S,Suu取為取為ysys。

。

扭轉(zhuǎn)載荷作用下的疲乏極限扭轉(zhuǎn)載荷作用下的疲乏極限可估計為：可估計為：

SSf(torsion)f(torsion)=0.577S=0.577Sf(benting)f(benting)=0.29S=0.29Suu測驗在測驗在(0.25-0.3)S(0.25-0.3)Suu之間之間留神，留神，不同載荷形式下的不同載荷形式下的SSff和和S-NS-N曲線是不同的曲線是不同的。。

8故由故由S-NS-N曲線有：曲線有：

(0.9Su)(0.9Su)mm×10×1033=(kSu)=(kSu)mm×10×1066=C=C參數(shù)為：參數(shù)為：

m=3/m=3/lglg(0.9/k)(0.9/k)；

；

C=(0.9SC=(0.9Suu))mm×10×1033假定假定11：壽命：壽命N=10N=1033時，有：時，有：

SS101033=0.9S=0.9Suu；

；

高周疲乏：

高周疲乏：N10N1033。。

已知已知SSff和和SSuu,,S-NS-N曲線用曲線用SSmm.N=C.N=C表達(dá)。表達(dá)。

假定假定22：壽命：壽命N=10N=1066時，時，SS101066=S=Sff=kS=kSuu,,如彎曲時，如彎曲時，k=0.5k=0.5。。

2)2)無測驗數(shù)據(jù)時無測驗數(shù)據(jù)時S-NS-N曲線的估計曲線的估計(供初步設(shè)計參考)LgS34567LgN120SuSf9StR=-1R=-1/3R=0SmRR，，SSmm；

；

且有：且有：

SSmm=(1+R)S=(1+R)Saa/(1-R)/(1-R)RR的影響的影響SSmm的影響的影響SSmm0,0,對疲乏有不利的影響；

對疲乏有不利的影響；

SSmm1,發(fā)生疲乏破壞。

再取S=150MPa,算得：

D=0.981,可達(dá)設(shè)計壽命。

載荷Pini(106)P0.050.8P0.10.6P0.50.4P5.0總損傷D=Di=ni/Ni=1.75Si(MPa)20016012080Di=ni/Ni0.0800.1020.2881.280Ni(106)0.6250.9761.7363.30615012090601.1111.7363.0866.9440.0450.0580.1620.7190.9837解解：由：由S-NS-N曲線算曲線算NNii例例33構(gòu)件構(gòu)件S-NS-N曲線為曲線為SS22N=2.5×10N=2.5×101010；

；

若其一年內(nèi)所若其一年內(nèi)所承受的典型應(yīng)力譜如表，試估計其壽命。承受的典型應(yīng)力譜如表，試估計其壽命。

設(shè)構(gòu)件壽命為設(shè)構(gòu)件壽命為年，那么總損傷應(yīng)當(dāng)是年，那么總損傷應(yīng)當(dāng)是D=D=((nnii//NNii))。。

1.1111.1111.7361.7363.0863.0866.9446.9440.0090.0090.0290.0290.0330.0330.0500.050計算計算DDii==nnii//NNii一年的損傷為：一年的損傷為：

((nnii//NNii)=0.121)=0.121((nnii//NNii)=0.121)=0.121SSii((MPaMPa))150150120220909060600.010.010.050.050.100.100.350.35一年的典型譜一年的典型譜nnii(10(1066))損傷計算損傷計算NNii(10(1066))nnii//NNiiMinerMiner理論給出：理論給出：

D=D=((nnii/N/Nii)=1)=1故有：故有：

=1/=1/((nnii/N/Nii)=1/0.121=8.27)=1/0.121=8.27（（年）年）38設(shè)由使用閱歷知構(gòu)件在B譜下的壽命為NB，那么：

4.4.相對相對MinerMiner理論理論（（WalterSchutzWalterSchutz，，19721972））MinerMiner理論是閱歷破壞準(zhǔn)那么。事實上應(yīng)為：理論是閱歷破壞準(zhǔn)那么。事實上應(yīng)為：

==QQ與載荷譜型、作用次序及材料分散性有關(guān)。與載荷譜型、作用次序及材料分散性有關(guān)。

相對相對MinerMiner理論取消假定理論取消假定D=1D=1，，由由已有已有閱歷確定閱歷確定。。

待求的另一好像構(gòu)件在A譜下的壽命為NA，又有：

39使用條件使用條件：

1.是構(gòu)件好像，主要是疲乏破壞發(fā)生的高應(yīng)力區(qū)幾何好像；

2.載荷譜好像，主要是載荷譜型（次序）好像，載荷大小可以不同。

NQnNNnNnNAAABBA==???()(/)/(/)若若AA譜好像于譜好像于BB譜，那么假定譜，那么假定AA=Q=QBB，，可得：可得：

大量提升設(shè)計，可以借鑒過去原型的使用閱歷；

間接考慮了載荷譜型、作用次序及材料分散性的影響；

故相對Miner理論預(yù)料精度好，應(yīng)用廣泛。

40解：由解：由MinerMiner理論有：理論有：

NNAA((nn//NN))AA=1=1得到得到：：

NNAA=1/0.08=12.5=1/0.08=12.5年年例例44已知某構(gòu)件使用一年的損傷為已知某構(gòu)件使用一年的損傷為((nn//NN))BB=0.121=0.121，，實際使用壽命為實際使用壽命為66年，現(xiàn)改型設(shè)計，應(yīng)力水平年，現(xiàn)改型設(shè)計，應(yīng)力水平減輕后，一年的損傷和為減輕后，一年的損傷和為((nn//NN))AA=0.08,=0.08,試用估試用估計其壽命。計其壽命。

利用已知原構(gòu)件的數(shù)據(jù)：利用已知原構(gòu)件的數(shù)據(jù)：

((nn//NN))BB=0.121,=0.121,NNBB=6=6年；

年；

由相對由相對MinerMiner理論有：理論有：

NNAA==NNBB((nn//NN))BB//((nn//NN))AA=6×0.121/0.08=9.1=6×0.121/0.08=9.1年年41變幅載荷疲乏分析的方法變幅載荷疲乏分析的方法::1)1)已知典型周期內(nèi)的應(yīng)力譜，估算使用壽命已知典型周期內(nèi)的應(yīng)力譜，估算使用壽命。。

典型應(yīng)力譜典型應(yīng)力譜(S(Sii,,nnii))判據(jù)判據(jù)D=1D=1S-NS-N曲線曲線NNii=C/S=C/SmmDDii==nnii//NNiiDD==nnii//NNii壽命壽命=1/D=1/D2)2)已知應(yīng)力譜型和壽命，估計可用應(yīng)力水平。已知應(yīng)力譜型和壽命，估計可用應(yīng)力水平。

應(yīng)力譜型應(yīng)力譜型(S(Sii？？,,nnii))判據(jù)判據(jù)D=1D=1S-NS-N曲線曲線DDii==nnii//NNiiDD==nnii//NNiiNNii=C/S=C/SmmS=SS=Siiyesyes調(diào)整調(diào)整SSii，重算，重算nono假設(shè)假設(shè)SSii42Thelineardamagerulehastwomainshortcomings.Thelineardamagerulehastwomainshortcomings.First,itdoesnotconsidersequenceeffects,theFirst,itdoesnotconsidersequenceeffects,thetheorypredictsthatthedamagecausedbyastresstheorypredictsthatthedamagecausedbyastresscycleisindependentofwhereitoccursintheloadcycleisindependentofwhereitoccursintheloadhistory.Second,thelineardamageruleisamplitudehistory.Second,thelineardama