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文檔簡介
1、應(yīng)力疲勞應(yīng)力疲勞: Smax104, 也稱高周疲勞。也稱高周疲勞。應(yīng)變疲勞應(yīng)變疲勞: SmaxSy, Nf104, 也稱低周應(yīng)變疲勞。也稱低周應(yīng)變疲勞。 應(yīng)力水平應(yīng)力水平S用用R和和Sa描述。描述。 壽命壽命N為到破壞的循環(huán)次數(shù)。為到破壞的循環(huán)次數(shù)。 研究裂紋萌生壽命,研究裂紋萌生壽命,“破壞定義為:破壞定義為: 1.標(biāo)準(zhǔn)小尺寸試件斷裂。標(biāo)準(zhǔn)小尺寸試件斷裂。 脆性材料脆性材料 2.出現(xiàn)可見小裂紋出現(xiàn)可見小裂紋, 或可測(cè)的應(yīng)變降。延性材料或可測(cè)的應(yīng)變降。延性材料應(yīng)力應(yīng)力 s s應(yīng)變應(yīng)變 e eSyo用一組標(biāo)準(zhǔn)試件,在用一組標(biāo)準(zhǔn)試件,在R=-1下,下,施加不同的施加不同的Sa,進(jìn)行疲勞試,進(jìn)行疲勞
2、試驗(yàn),可得到驗(yàn),可得到S-N曲線。曲線。S103104105106107NfSNS103104105106107NfSNSf m與與C是與材料、應(yīng)力比、加載方式等是與材料、應(yīng)力比、加載方式等有關(guān)的參數(shù)。有關(guān)的參數(shù)。 二邊取對(duì)數(shù),有二邊取對(duì)數(shù),有: lg S=A+B lgN S-N間有對(duì)數(shù)線性關(guān)系;間有對(duì)數(shù)線性關(guān)系;參數(shù)參數(shù) A=LgC/m, B=-1/m。Lg S34567Lg NSf考慮疲勞極限考慮疲勞極限SfSf,且當(dāng),且當(dāng)S S趨近于趨近于SfSf時(shí),時(shí),N N。二邊取對(duì)數(shù)后成為:二邊取對(duì)數(shù)后成為: S=A+B lg N S=A+B lg N (半對(duì)數(shù)線性關(guān)系)(半對(duì)數(shù)線性關(guān)系) S34
3、567Lg NSf500500100015002008000 0AB旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎彎曲曲疲疲勞勞極極限限S MPaf f 材料極限強(qiáng)度材料極限強(qiáng)度S MPauS /S =0.5S /S =0.5fuS =700S =700f f( (供初步設(shè)計(jì)參考供初步設(shè)計(jì)參考) )Lg S34567Lg N120SuSfStR=-1R=-1/3R=0SmSa不變,不變,R or Sm;N ;N不變,不變,R or Sm;SN ;SNSm0aR增大SS-1aSuSmN=104N=107Sa/S-110 1 Sm/Su N=107 Haigh 圖如圖,在等壽命線上,如圖,在等壽命線上, Sm,Sa; SmSu。Ha
4、igh圖圖: (無量綱形式無量綱形式)N=107, 當(dāng)當(dāng)Sm=0時(shí),時(shí),Sa=S-1; 當(dāng)當(dāng)Sa=0時(shí),時(shí),Sm=Su。GerberGoodman 2. 估計(jì)對(duì)稱循環(huán)下的基本估計(jì)對(duì)稱循環(huán)下的基本S-N曲線:曲線: Sf(tension)=0.35Su=420 MPa 若基本若基本S-N曲線用冪函數(shù)式曲線用冪函數(shù)式 SmN=C 表達(dá),那表達(dá),那么么 m=3/lg(0.9/k)=7.314 ; C=(0.9Su)m103=1.5361025 4. 估計(jì)構(gòu)件壽命估計(jì)構(gòu)件壽命 對(duì)稱循環(huán)對(duì)稱循環(huán)(Sa=568.4, Sm=0)條件下的壽命,可條件下的壽命,可由基本由基本S-N曲線得到,即曲線得到,即 N
5、=C/Sm=1.5361025/568.47.314=1.09105 (次次) 3. 循環(huán)應(yīng)力水平等壽命轉(zhuǎn)換循環(huán)應(yīng)力水平等壽命轉(zhuǎn)換 利用基本利用基本S-N曲線估計(jì)疲勞壽命,需將實(shí)際工曲線估計(jì)疲勞壽命,需將實(shí)際工作循環(huán)應(yīng)力水平作循環(huán)應(yīng)力水平, 等壽命地轉(zhuǎn)換為對(duì)稱循環(huán)下的應(yīng)等壽命地轉(zhuǎn)換為對(duì)稱循環(huán)下的應(yīng)力水平力水平Sa(R=-1),由,由Goodman方程有:方程有: (Sa/Sa(R=-1)+(Sm/Su)=1 可解出:可解出: Sa(R=-1)=568.4 MPaS-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1D且有:且有: k=1 (45線線)時(shí),時(shí), Sm=Sa, R=0; k= (90線
6、線)時(shí),時(shí), Sm=0, R=-1; k=0 ( 0線線) 時(shí),時(shí), Sa=0, R=1;kh作作 DCOA ,DC是是R的坐標(biāo)線,如何標(biāo)定?的坐標(biāo)線,如何標(biāo)定?S-1-1ASSaOSumBC-1R=0R=R=1Dh對(duì)任一點(diǎn)對(duì)任一點(diǎn)A,有,有 Sin=Sa/OA, cos=Sm/OA 由由AOC可知:可知:S1=OC=OASin(45-) =( )OA(Sm-Sa)/OA =( )Smin2/22/2ASS-10 C SDa aS 2-101RSaSm1uR R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-2000200400600200400600200400S /M
7、PamS /MPaaS /MPaS /MPaminS S /MPa/MPamaxS S /MPa/MPamax 7075-T6 7075-T6 鋁合金等壽命疲勞圖鋁合金等壽命疲勞圖600400200N=106N=105N=104N=107N=104, R=0.2Sm=330Sa=220Smax=550Smin=110R R-.6-.4-.20.2.4.6.81.0600400200-400-2000200400600200400600200400S /MPamS /MPaaS /MPaS /MPaminS S /MPa/MPamaxS S /MPa/MPamax 7075-T6 7075-T6
8、 鋁合金等壽命疲勞圖鋁合金等壽命疲勞圖600400200N=106N=105N=104N=107R=0.2N=104, Sa=220, lgSa=2.342N=105, Sa=180, lgSa=2.255 N=106, Sa=150, lgSa=2.176 N=107, Sa=130, lgSa=2.114 Lg S34567Lg N2.12.22.3SmaxSmaxddDD彎 曲拉 伸 載荷、尺寸不同時(shí)的 高應(yīng)力區(qū)域體積拉彎 疲勞破壞主要取決于疲勞破壞主要取決于作用應(yīng)力的大小和材料抵作用應(yīng)力的大小和材料抵抗疲勞破壞的能力??蛊谄茐牡哪芰?。400700100013001.00.80.60.
9、40.20表表面面光光潔潔度度系系數(shù)數(shù)抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 (Mpa)鏡面拋光精磨熱軋鍛造鹽水腐蝕機(jī)械加工10104 410105 510106 610107 7NS500500400400300300200200150150鍍鎳+噴丸噴丸+鍍鎳基材鍍鎳 鍍鎳、噴丸對(duì)疲勞性能的影響鍍鎳、噴丸對(duì)疲勞性能的影響拉伸平均應(yīng)力拉伸平均應(yīng)力 大截面尺寸大截面尺寸表面粗造表面粗造 鍍鉻和鍍鎳鍍鉻和鍍鎳鍛造或熱軋脫碳鍛造或熱軋脫碳滲氮滲氮 硬化處理硬化處理碳化滲碳)碳化滲碳) 噴丸噴丸冷軋冷軋?jiān)僖姡≈x謝!實(shí)際零構(gòu)件實(shí)際零構(gòu)件 缺口缺口 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 疲勞性能下降。疲勞性能下降。典型載荷塊:典型載荷塊:“10
10、0100起落起落”,“萬公里萬公里”,“年等。年等??傋V是典型塊的重復(fù)??傋V是典型塊的重復(fù)。SN(起落次數(shù)起落次數(shù))100200某飛機(jī)主輪轂實(shí)測(cè)載荷譜滑行滑行滑行拐彎拐彎著陸著陸載荷譜分實(shí)測(cè)譜和設(shè)計(jì)譜。載荷譜分實(shí)測(cè)譜和設(shè)計(jì)譜。設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的載荷總譜。載荷總譜。SS1S2S30nnD0n1D1N1ABAB確定載荷譜,選取擬用的應(yīng)力水平;確定載荷譜,選取擬用的應(yīng)力水平;選用適合構(gòu)件使用的選用適合構(gòu)件使用的S-NS-N曲線;曲線;計(jì)算在應(yīng)力水平計(jì)算在應(yīng)力水平Si下循環(huán)下循環(huán)ni次的損傷:次的損傷: Di=ni/Ni;計(jì)算總損傷計(jì)算總損傷 D=ni/Ni;若若D1,則應(yīng)降低應(yīng)力水平或縮短
11、使用壽命。,則應(yīng)降低應(yīng)力水平或縮短使用壽命。解:解: 假定載荷假定載荷P時(shí)的應(yīng)力水平為時(shí)的應(yīng)力水平為Si=200MPa。 由由S-N曲線得到曲線得到Ni, 計(jì)算損傷計(jì)算損傷Di,列入表中。,列入表中??芍?,若取可知,若取S=200MPa, D=1.751,發(fā)生疲勞破壞。發(fā)生疲勞破壞。再取再取S=150MPa, 算得:算得: D=0.981, 可達(dá)設(shè)計(jì)壽命??蛇_(dá)設(shè)計(jì)壽命。載荷載荷Pi ni(106) P 0.05 0.8P 0.1 0.6P 0.5 0.4P 5.0 總損傷總損傷 D= Di= ni/Ni=1.75Si (MPa) 200 160 120 80Di=ni/Ni0.0800.102
12、0.2881.280Ni (106) 0.625 0.976 1.736 3.30615012090601.1111.7363.0866.9440.0450.0580.1620.7190.98設(shè)由使用經(jīng)驗(yàn)知構(gòu)件在設(shè)由使用經(jīng)驗(yàn)知構(gòu)件在B譜下的壽命為譜下的壽命為NB,那么:,那么:Nn NQBiiBB()DnNiiNn NQAiiAA()待求的另一相似構(gòu)件在待求的另一相似構(gòu)件在A譜下的壽命為譜下的壽命為NA,又有:,又有:NQn NNn Nn NAAABBA ()( / ) /( / )許多改進(jìn)設(shè)計(jì),可以借鑒過去原型的使用經(jīng)驗(yàn);許多改進(jìn)設(shè)計(jì),可以借鑒過去原型的使用經(jīng)驗(yàn);間接考慮了載荷譜型、作用次序
13、及材料分散性的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(duì)影響;故相對(duì)MinerMiner理論預(yù)測(cè)精度好,應(yīng)用廣泛。理論預(yù)測(cè)精度好,應(yīng)用廣泛。恒幅載荷恒幅載荷隨機(jī)載荷譜?隨機(jī)載荷譜?變幅載荷變幅載荷Miner計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法載荷載荷0t正變程正變程負(fù)變程負(fù)變程峰峰谷谷St0典型譜段典型譜段雨流計(jì)數(shù)法雨流計(jì)數(shù)法要求典型段要求典型段從最大峰或從最大峰或谷處起止。谷處起止。01122雨流計(jì)數(shù)典型段雨流計(jì)數(shù)典型段不失一般性。不失一般性。ABCDEFGHIJA024-2-4tSABCDEFGHIJA024-2-4S第一次雨流第一次雨流BCEFGHIJE024-2-4SB第二次雨流第二次雨流FGIJ
14、024-2-4第三次雨流第三次雨流FI記下流過的最大峰、谷值,為一循環(huán),讀出記下流過的最大峰、谷值,為一循環(huán),讀出 S, SmS, Sm。刪除雨滴流過部分,對(duì)剩余歷程重復(fù)雨流計(jì)數(shù)。刪除雨滴流過部分,對(duì)剩余歷程重復(fù)雨流計(jì)數(shù)。ABCDEFGHIJA024-2-4S第一次雨流第一次雨流BCEFGHIJE024-2-4SB第二次雨流第二次雨流FGIJ024-2-4第三次雨流第三次雨流FI雨流計(jì)數(shù)結(jié)果雨流計(jì)數(shù)結(jié)果循環(huán)循環(huán)變程變程均值均值EHE70.5BCB4 1ADA90.5FGF3-0.5IJI2-1雨流計(jì)數(shù)是二參數(shù)計(jì)數(shù),結(jié)果均為全循環(huán)。雨流計(jì)數(shù)是二參數(shù)計(jì)數(shù),結(jié)果均為全循環(huán)。典型段計(jì)數(shù)后的重復(fù),只需考慮重復(fù)次數(shù)即可。典型段計(jì)數(shù)后的重復(fù),只需考慮重復(fù)次數(shù)即可。若轉(zhuǎn)換時(shí)若轉(zhuǎn)換時(shí) R不變,不變, N1、N2可用相同的可用相同的S-N曲線曲線 SmN=C 表示時(shí),等損傷轉(zhuǎn)換條件為:表示時(shí),等損傷轉(zhuǎn)換條件為: n2=n1
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