现代设计理论与方法可靠性.pptVIP

3. 4 疲劳强度可靠性分析;疲劳概述（1）;十九世纪三十年代，铁路在欧洲迅速发展起来，那时在铁路行业中，疲劳破坏经常出现在铁路车轮轴上，轮轴总是有规律地在轴肩处破坏。 锻铁桥梁越来越多地代替砖和石块桥梁，桥梁的疲劳问题也引起人们的重视。 1839年波克莱特首先使用疲劳来描述“在反复施加的载荷作用下的结构破坏”。 德国工程师韦勒在铁路轮轴部件上进行了许多重复变应力下的疲劳试验，并进行了系统的研究：疲劳寿命随应力幅的增加而减少，当应力幅低于某一数值时，试件将不再断裂。提出了S一N图和疲劳极限的概念。 ;应力分类 ;两种类别;r = -1　对称循环应力; 疲劳破坏产生的过程是：在变应力作用下，零件表面首先产生初始裂纹，形成一个或数个疲劳源。在变应力的继续作用下，初始裂纹处的应力集中促使裂纹扩展，使零件的实际承载面积逐渐减小，直至不能承受外载荷时，导致零件突然发生脆性断裂。 ;特点：;s－N疲劳曲线;金属材料的疲劳曲线可分为如下两类：对于大多数黑色金属及其合金，当应力循环次数N高于某一数值N0后, N0称为应力循环基数，疲劳曲线呈现为水平直线 。此时的应力称为疲劳极限 ;有色合金和高硬度合金钢，无论N值多大，疲劳曲线也不存在水平部分 ; 有明显水平部分的疲劳曲线可以分为两个区域：NN0的部分称为有限寿命区，此时的 称为有限寿命下的条件疲劳极限。 N≥N0的部分称为无限寿命区。 应力循环特性：r=Smin/Smax ;◆材料不同，疲劳曲线不同：;;材料的疲劳极限应力图 非对称应力循环;安全;在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。;A‘Ｇ’直线的方程为：得到对称循环应力和非对称循环应力的关系;2、R(P)-S-N曲线(S-N 曲线和概率的结合);3.4.2 稳定（等幅）变应力下零件的疲劳强度及可靠度;迈因纳定律;线性累积损伤理论;;1945年迈因纳（Miner，M．A．）根据材料损伤时吸收净功（不考 其虑它形式的能量损耗）的原理，提出了线性累积损伤的数学表达式。 设在某一应力水平（S1）下，发生疲劳断裂（N=Nl）和部分损 伤（N=n1）时材料所吸收的净功分别为 W和 W1，则有;3.5 机械系统可靠设计;补充概念;3.5.1 元件可靠性预测;3.5.2 系统的可靠性预测;系统可靠性类型;3.5.1 系统模型和可靠度预测; 用Ss和Si分别表示系统和单元的正常工作状态，则依据串联系统的定义，串联系统中正常事件是“ 交”的关系，逻辑上为“与”的关系，系统要正常工作，必须各子系统都正常工作，则有;所以; 对于串联系统，提高系统的可靠度，可以通过下面两个途径： 1）提高各组成单元的可靠度 2）降低各组成单元的失效率 1）这两种方法，都必将提高产品的制造成本，所以应该对这两方面进行权衡后采取相应的措施。并联组合可以不用提高零件可靠度，就能提高系统的可靠度。 2）串联系统的可靠度因其组成单元数地增加而降低，且其值要比可靠度最低的那个单元的可靠还低。所以最好采用等寿命单元组成系统，组成越小越好。 ;2、并联系统; 用Ss和Si分别表示系统和单元的正常工作状态，用FS 和 Fi表示系统和单元不正常工作，则依据并联系统的定义, 并联系统中不正常事件是“ 交”的关系，逻辑上为“与”的关系，系统要不正常工作,必须各子系统都不正常工作,则有;由于;3、储备系统;;4、表决系统(n中取r系统);3.5.2 系统可靠性计算; 系统可靠性的计算方法很多，如数学模型法、真值表法、状态变换分析法、失效树法、贝叶斯法和蒙特卡罗法等。对各种方法的运用取决于产品的类型、已知的条件和要求。 系统可靠性的计算方法，在整机和系统可靠性的定量计算中（如可靠性预计、可靠性分配和可靠性评定）都要用到，因此应引起重视；但在各种运用中，应注意各种方法的条件和适用对象。;1、定义：可靠性指标的分配问题，是可靠性预计的逆过程，即在已知系统可靠性指标时，如何考虑和确定其组成单元的可靠性指标值。 2、可靠性分配考虑的因素 1）子系统复杂程度的差别 2）子系统重要程度的差别 3）子系统运行环境的差别 4）子系统任务时间的差别 5）子系统研制周期的差别; 对于个别研制周期长的单元，允许反复改进设计的时间较紧，在分配指标时应适当放宽。 作为一项设计，除了满足性能和可靠性指标之外，还应满足如重量、体积、成本等一些要求。 因此，如何在重量、体积和成本等一些限制条件下，使产品的可靠性分配方案更为合理，也是可靠性分配要考虑的问题之一。 ;