疲劳分析介绍资料.pptVIP

内容提要 1.概述 2.交变应力 3.S-N曲线 4.影响因素 5.疲劳寿命计算方法 6.SN方法介绍 1.概述-疲劳失效危害 19世纪30-40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处多次发生破坏； 1954年, 英国慧星号喷气客机坠入地中海（机身舱门拐角处开裂）； 1967年，美国西弗吉尼亚的Point Pleasant桥倒塌，46人死亡； 1980年,英国北海Kielland 号钻井平台倾复，38人死亡； 1996年，2379次货物列车，轮轴颈卸荷槽处断裂后脱轨； 2002年，中华航空611号班机飞往香港途中高空解体坠毁，225人死亡。 1.概述-疲劳失效危害 1.概述-疲劳的定义 零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。这种现象称为疲劳破坏 The process of progressive localized permanent structural change occurring in a material subjected to conditions which produce fluctuating stresses and strains at some point or points and which may culminate in crack or complete fracture after a sufficient number of fluctuations. ——ASTM E206-72 在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为疲劳 1.概述-疲劳的特征及疲劳研究的主要内容 扰动应力（交变应力） 只有在扰动应力作用下，疲劳才会发生 高应力局部 破坏起源于高应力、高应变局部 裂纹 疲劳损伤的结果是形成裂纹 发展过程 疲劳是从开始使用到最后破坏的发展过程 1.概述-疲劳破坏与传统静力破坏的本质区别 1.概述-疲劳破坏的机理和发展过程 　交变应力引起金属原子晶格的位错运动 →位错运动聚集，形成分散的微裂纹 →微裂纹沿结晶学方向扩展（大致沿最大剪应力方向形成滑移带）、贯通形成宏观裂纹 →宏观裂纹沿垂直于最大拉应力方向扩展，宏观裂纹的两个侧面在交变载荷作用下，反复挤压、分开，形成断口的光滑区 →突然断裂，形成断口的颗粒状粗糙区。 1.概述-疲劳研究发展简史 19世纪40年代，铁路机车车轴的疲劳破坏问题。德国A.沃勒通过旋转弯曲试验获得车轴疲劳结果，把疲劳和应力联系起来，提出疲劳极限的概念，奠定了常规疲劳分析的基础。 二战中及战后，逐渐形成了现代的常规疲劳强度分析，无限寿命设计计算精度提高，并可以按给定的有限寿命设计零件。有限寿命设计的理论基础是线性损伤积累理论（美，M.A.迈因纳，1945）。 断裂力学的发展，疲劳裂纹扩展理论（美，A.K.黑德，1953），疲劳裂纹扩展速率半经验公式（美，P.C.帕里斯，1957），考虑平均应力影响的修正公式（美，R.G.福尔曼，1967）。计算带裂纹零件的剩余寿命，损伤容限设计。 20世纪20年代用概率统计方法处理疲劳试验数据，60年代后期可靠性理论应用到疲劳强度设计中。 缺口件名义应力-应变与局部应力-应变的关系—诺伊贝尔公式（德，H.诺伊贝尔，1961），1968年加拿大R.M.韦策尔提出估算零件裂纹形成寿命的方法—局部应力-应变法。 2.交变应力-交变应力的定义 2.交变应力-交变应力的分类 2.交变应力-交变应力的分类 2.交变应力-交变应力的描述 2.交变载荷-循环特征系数 3.S-N曲线-曲线的获取 3.S-N曲线-疲劳极限 3.S-N曲线-曲线的形状 3.S-N曲线-曲线的简化 3.S-N曲线-曲线的应用条件 S-N曲线又称为应力-寿命曲线，主要用于构件的变形在弹性变形范围内的情形。 一般说来，这种应力状态下的疲劳达到破坏时的循环次数比较高，往往达到10^6上， 所以这种疲劳又称为高周疲劳。 相对地，达到疲劳破坏的循环次数较低时的疲劳称为低周疲劳，发生低周疲劳时构件 在局部位置发生了塑性变形。 近三十年来，对于低周疲劳，基于塑性应变幅εa的疲劳寿命曲线（εa-N）在工程中 得到应用。对于带缺口的零件，其工作载荷变动较大时，在应力集中的局部区域将会发生 塑性变形，此时疲劳寿命估算则要求基于应力和基于塑性应变的两种材料疲劳性能曲线。 这种方法目前还不能用于高周疲劳的寿命估算。 4.疲劳寿命的影响因素 Factors Influencing Fatigue Life 平均应力 Mean st