《疲劳强度》PPT课件

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1、疲劳强度理论吕彭民教授内容要点（一）：疲劳强度基本概念：1.概论：疲劳强度在工业中的地位，疲劳破坏的三个阶段，疲劳断口；2.金属的循环应力—应变曲线：迟滞回线，循环硬化与软化；3.疲劳曲线：材料S—N曲线，概率统计知识，P—S—N曲线，疲劳极限图；（二）：疲劳累积损伤理论：疲劳损伤的概念，线性疲劳累积损伤假设，非线性疲劳累积损伤理论（三）：疲劳寿命计算：名义应力法，局部应力—应变法，断裂力学法。1.名义应立法：计算全寿命，主要用于高周疲劳；2.局部应力—应变法：计算裂纹形成寿命；3.断裂力学法：计算裂纹扩展寿命。（四）

2、：疲劳试验材料试验，实物结构试验，高周疲劳试验，低周疲劳试验，裂纹扩展寿命试验（五）：常规疲劳强度设计：1.单向应力作用下的疲劳强度计算：已知载荷，寿命，求应力是否满足要求2.单向应力作用下疲劳寿命的估算；3.复合应力作用下的疲劳强度计算；4.复合应力作用下疲劳寿命的估算（六）：随即疲劳：1.载荷谱的测试与整理；2.疲劳寿命估算方法。（七）：结构抗疲劳设计最新发展动态；（八）：抗疲劳设计在工程机械设计中的应用教学参考书（1）徐灏：《疲劳强度》；（2）吕彭民：《大型复杂结构抗疲劳设计》；（3）张祖民：《机械结构抗疲劳设计

3、》；（4）J.Fatigue（5）《机械强度》杂志（6）J.Fracture&Fatigue一疲劳强度基本概念1概论：（1）疲劳强度在工业中的地位机械零件失效的三种形式：a：磨损；b：腐蚀；c：断裂。其中前两种过程慢，可以更换或者修复；而断裂则是灾难性的。受动载荷作用的机械零件和工程结构80%是由金属疲劳断裂引起的。疲劳强度校核是新产品和已有产品强度校核的主要内容。机械设计有两种方法：1）静强度设计方法：工程机械设计目前主要采用这种方法（国外40年代）。也就是许用应力法：存在问题：a.设计的机械零件特别笨重（为了安全，

4、只有加大整个截面尺寸）；b.尽管笨重，但仍有疲劳裂纹产生。原因：a.疲劳裂纹发生在构件的危险点的局部区域，通过裂纹不断扩展，最终导致断裂。b.疲劳危险部位往往与静强度危险部位不一致。2）动强度设计方法，即疲劳设计：根据结构受力载荷，确定疲劳危险部位，保证结构危险部位满足疲劳强度要求。疲劳设计分为：有限疲劳设计，无限疲劳设计（早期）设计要求参考相关结构，进行受力分析，包括：动力学彷真，有限元计算，疲劳强度计算确定结构尺寸结构疲劳实验结束修改结构是否满足要求疲劳设计包括：力学，材料学，测试试验技术工程设计（2）疲劳强度发展

5、史疲劳强度起源于十九世纪处，当时由于铁路运输的发展，不断出现机车车轴的疲劳破坏。德国人艾伯特1829年；法国人彭塞则1839年；苏格兰人兰金1843年先后进行研究。真正的车轴疲劳研究是德国人A.沃勒他设计了一台旋转弯曲疲劳实验机，对车轴在不同应力下进行了疲劳实验，得到了第一条S-N曲线，他发现在应力低于弹性极限时也会发生疲劳破坏，但存在一个应力幅极限值，当应力小于该值时就不会发生疲劳破坏。A.沃勒为常规疲劳强度设计奠定了基础，他发现在试验中平均应力对疲劳寿命有影响.对称循环非对称循环为了考虑平均应力的影响，就出现了疲劳

6、极限图，这里贡献最大的就是W.格伯和J.Goodman，通过疲劳极限图可将有平均应力下的疲劳问题转化为对称循环下的疲劳寿命曲线。二战期间，飞机疲劳失事频繁出现，一些动力机械也出现疲劳事故，使得循环应力作用下的疲劳事故成为实际问题。出现了疲劳累积损伤理论，人们开始研究有限寿命设计。疲劳累积损伤贡献最大的要算Palmgren和Miner，Palmgren于1924年提出了线性累积损伤理论他在估算滚动轴承的寿命时假设累积损伤与转动次数成线性关系。1945年，美国人Miner对线行累积损伤进行了理论推导，形成广泛应用的Mine

7、r-Palmgren线性累积损伤法则。断裂力学的出现，使人们注意研究裂纹扩展寿命，最为著名就是美国人P.C.Paris于1957年提出的Paris公式，它是计算裂纹扩展寿命的基本公式。裂纹形成寿命的研究可追溯到二十世纪五十年代Manson和Coffin进行了开拓性的研究，提出了著名的Manson-Coffin应变—寿命曲线。Neuber利用结构切口根部材料可用光滑式样来模拟实验的原理提出了局部应力—应变法，从而形成了裂纹形成寿命计算方法。试样裂纹区疲劳强度的最新发展：1）随机疲劳理论：由于概率统计理论，计算机和数值计算

8、方法的发展而推动的随机劳理论的发展。考虑a：载荷的随机性，有宽带和窄带随机载荷之分。P11，P27b：疲劳强度材料参数的随机性。考虑多元随机变量的求解P1072）多轴疲劳：多轴疲劳非常复杂，目前还没有世界公认的方法3）长寿命区疲劳寿命计算：长寿命区试验非常困难，主要是费用太高（3）疲劳的分类疲劳主要分为高周疲劳与低周疲劳，高周用应