第5章 零件的疲勞強(qiáng)度分析(補(bǔ)充)-學(xué)生

1、內(nèi)燃機(jī)零件強(qiáng)度內(nèi)燃機(jī)零件強(qiáng)度 分析與疲勞試驗(yàn)分析與疲勞試驗(yàn) 參考書：材料力學(xué)金屬疲勞 疲勞強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度 靜強(qiáng)度計(jì)算 用于受靜載零件和不太重要受變載零件 可用于對(duì)受變載荷零件的初步計(jì)算。 靜載下零件失效（failure）形式：屈服 斷裂 （脆性或者韌性斷裂） 第一強(qiáng)度理論：最大拉應(yīng)力（最大主應(yīng)力）：用于脆 性金屬，如鑄鐵 第三強(qiáng)度理論：最大剪應(yīng)力：塑性材料，屈雷斯加應(yīng) 力（ Tresca） 第四強(qiáng)度理論：歪形能理論，米塞斯應(yīng)力（ von mises） 疲勞強(qiáng)度計(jì)算 疲勞破壞：零件在變應(yīng)力下的失效 金屬材料的疲勞極限遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限，約1/3左右 45鋼 -1=260MPa， b=600MPa

2、 疲勞破壞沒有明顯的塑性變形，疲勞斷口的典型形貌 特征 斷口分析：電鏡掃描（SEM）+能譜分析（EDS） 疲勞強(qiáng)度計(jì)算 S-N曲線 Goodman曲線（Goodman-Simth,Haigh圖） 雨流計(jì)數(shù)法 Miner準(zhǔn)則 零件的載荷譜和應(yīng)力譜 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀可測(cè)量零件應(yīng)力歷程 有限元分析可計(jì)算零件應(yīng)力歷程 如何計(jì)算疲勞強(qiáng)度？ 簡單應(yīng)力循環(huán)（對(duì)稱和脈動(dòng)） 最大應(yīng)力，最小應(yīng)力（應(yīng)力幅、平均應(yīng)力，應(yīng)力比） maxminmaxminmin max - 22 m SSSSS SSaR S 隨機(jī)應(yīng)力循環(huán) 隨機(jī)應(yīng)力和簡單應(yīng)力的如何等效？ S-N曲線 S-N曲線：對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的試驗(yàn)，疲勞主要取決于 應(yīng)力循環(huán)次

3、數(shù)，受應(yīng)力波形、頻率影響不大， 有限壽命和無限壽命： 鋼：107 次：無限壽命 鋁：人為指定，如2X107 或5X107 材料的疲勞極限 一定的循環(huán)特征（應(yīng)力比R=-1，或R=0 ），一定的循 環(huán)次數(shù)（鋼107,鋁要指定)下的最大應(yīng)力（對(duì)R=-1來 說就是應(yīng)力幅） -10 -1)0)SRSR（ 材料疲勞強(qiáng)度的估算 高周疲勞和低周疲勞 低周疲勞、高周疲勞、安全壽命 高周疲勞：S-N曲線 低周：e-N曲線 疲勞計(jì)算 如平均應(yīng)力不為0，修正SN曲線 （Smith、 Goodman、Goodman-Smith、Haigh、等壽命曲線等） 左Smith圖縱坐標(biāo)：max, max 右圖縱坐標(biāo)：a 含平均應(yīng)

4、力的疲勞極限圖的簡化形式 Gerber拋物線公式 Goodman直線公式，偏保守，簡單，最常用 其他公式（折線） Goodman-SmithGoodman-Smith、HaighHaigh曲線曲線 QT800的疲勞極限圖 以平均應(yīng)力為橫坐標(biāo)，最大應(yīng)力（=平均應(yīng)力+應(yīng)力幅）為縱坐 標(biāo)得點(diǎn)L，從原點(diǎn)過L作直線交于點(diǎn)F，得安全系數(shù)。 直線斜率k一定，則R一定。 用的是同一R下，應(yīng)力幅比值。 問題：疲勞極限多是彎曲試驗(yàn)得到，拉壓，扭轉(zhuǎn)疲勞極限是不 同的，非彎曲受載應(yīng)用該彎曲疲勞極限圖不合理。 注意：安全系數(shù)有不同的定義方法 aF n/ maxmax maxmin 22 1 m k R 大應(yīng)變低周疲勞壽

5、命主要由應(yīng)變控制（e-N曲線） 影響疲勞強(qiáng)度的因素 多種載荷下的疲勞壽命（S-N曲線的應(yīng)用） 疲勞損傷線性累積（Miner法則） 復(fù)雜載荷的處理 疲勞主要取決于最大、最小應(yīng)力（應(yīng)力幅和 平均應(yīng)力），應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)。波形、頻率 對(duì)疲勞影響較小（正弦和三角波差別不大） 平均應(yīng)力為零的正弦應(yīng)力：S-N曲線 平均應(yīng)力不為零的正弦應(yīng)力：Goodman圖 多個(gè)正弦應(yīng)力的作用：Miner準(zhǔn)則 任意的應(yīng)力循環(huán)（隨機(jī)載荷）怎樣應(yīng)用？ 復(fù)雜載荷的處理載荷計(jì)數(shù) 隨機(jī)疲勞載荷等效處理載荷計(jì)數(shù)（循環(huán)次數(shù)） 各種計(jì)數(shù)方法：峰值計(jì)數(shù)、幅值計(jì)數(shù)、雨流計(jì)數(shù) 雨流計(jì)數(shù)法最常用 雨流計(jì)數(shù) 疲勞試驗(yàn) 0、整機(jī)試驗(yàn)復(fù)雜，成本高，優(yōu)先零

6、部件試驗(yàn) 1、零部件試驗(yàn)中，真實(shí)載荷復(fù)雜，難以施加?？墒┘痈鶕?jù)載 荷計(jì)數(shù)的得到的等效載荷，多為正弦載荷。計(jì)數(shù)組的個(gè)數(shù)、載 荷施加順序、載荷施加頻率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果是有影響的 2、摩托車和汽車的道路模擬試驗(yàn)機(jī)。能再現(xiàn)整車受到的實(shí)際載 荷，還能濾掉對(duì)疲勞影響很小的載荷（如107），加速疲勞試驗(yàn) 進(jìn)程 3、摩托車和汽車的在試車場進(jìn)行耐久試驗(yàn)。試車場包含了可能 遇到的典型路面：大正弦路、比利時(shí)路、搓板路 4、本田摩托（上海研究所）的100米“典型路面”測(cè)量路譜， 得到載荷譜，然后進(jìn)行耐久試驗(yàn)？ 5、如果把試車場的耐久試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中10萬公里關(guān)聯(lián)？ 4通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)機(jī)（4-poster） MTS和

7、Instron 電液伺服試驗(yàn)設(shè)備） 16通道軸耦合道路模擬試驗(yàn)機(jī) 2通道摩托車輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)機(jī) Honda的3通道軸耦合道路模擬試驗(yàn)機(jī) 曲軸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)方法曲軸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)方法 Rig testingRig testing：曲柄銷圓角應(yīng)力：曲柄銷圓角應(yīng)力 鋼軸：鋼軸：10107 7 球鐵：球鐵：5x105x106 6 幾個(gè)小時(shí)完成疲勞試驗(yàn)幾個(gè)小時(shí)完成疲勞試驗(yàn) l高壓腔壓力：025 MPa l低壓腔壓力：05 MPa l波形：正弦，相位差180 l頻率：15 Hz l107 次循環(huán)需8X24h 連桿疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)（連桿疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)（Rig TestRig Test） 電液伺服試驗(yàn)臺(tái)（大頭動(dòng)力潤滑，磨損不能模擬）電液伺服試驗(yàn)臺(tái)（大頭動(dòng)力潤滑，磨損不能模擬） 滑動(dòng)軸承零部件試驗(yàn)（滑動(dòng)軸承零部件試驗(yàn)（Rig testing） Underwood 軸承試驗(yàn)（多用）：偏心塊調(diào)整軸承載 荷 Sapphire 軸承試驗(yàn)：液壓油調(diào)整軸承載荷 用于軸承軸承可靠性，但難以和發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試關(guān)聯(lián) 活塞銷磨損試驗(yàn)活塞銷磨損試驗(yàn) 要體現(xiàn)銷