疲劳与断裂第二章应力疲劳1

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1、第二章应力疲劳2.1S-N曲线2.2平均应力的影响2.3影响疲劳性能的若干因素2.4缺口疲劳2.5变幅载荷谱下的疲劳寿命2.6随机谱与循环计数法返回主目录12.4缺口疲劳(notcheffect)实际零构件缺口应力集中疲劳性能下降。Almostallmachinecomponentsandstructuralmemberscontainsomeformgeometricalormicrostructuraldiscontinuities.Thesediscontinuities,orstressconcentr

2、ations,oftenresultinmaximumlocalstressesatthediscontinuitywhicharemanytimesgreaterthanthenominalstressofthemembers.InideallyelasticmemberstheratioofthesestressesisdesignatedasKt,thetheoreticalstressconcentrationfactor.2Inthestress-lifeapproachtheeffectofnotc

3、hesisaccountedforbythefatiguenotchfactor,Kf,whichistheratiobetweentheunnotchedfatiguestrengthofamemberandthecorrespondingnotchedfatiguestrengthatagivenlife.Ingeneral,thefatiguenotchfactor,Kf,issmallerthenKt.在应力寿命法中，缺口的影响是用疲劳缺口系数Kf表示的，Kf是在给定寿命下，无缺口构件疲劳强度与相应的缺

4、口件疲劳强度之比。一般地说，疲劳缺口系数Kf小于理论弹性应力集中系数Kt。32.5变幅载荷谱下的疲劳寿命variableamplitudeloadingUptonow,thediscussionaboutfatiguebehaviorhasdealtwithconstantamplitudeloading.Incontrast,mostserviceloadinghistorieshaveavariableamplitudeandcanbequitecomplex.到目前为止，关于疲劳性能的讨论处理的都是恒幅载

5、荷。然而事实上，大多数使用载荷历程具有可变的幅度且可能相当复杂。41.变幅载荷谱典型载荷块：“100起落”，“万公里”，“年”等。总谱是典型块的重复。SN(起落次数)100200某飞机主轮毂实测载荷谱滑行滑行滑行拐弯拐弯着陆着陆载荷谱分实测谱和设计谱。设计寿命期内的载荷总谱。SS1n3S2S3n2n10n设计载荷谱52.Miner线性累积损伤理论若构件在某恒幅应力水平S作用下，循环至破坏的寿命为N，则循环至n次时的损伤定义为：D=n/N若n=0,则D=0，构件未受损伤；nD0n1D1D随循环数n线性增长：N1若

6、n=N，则D=1，发生疲劳破坏。疲劳破坏判据为：D=1Di=ni/Ni6Miner累积损伤理论是线性的；损伤和D与载荷Si的作用次序无关。ni是在Si作用下的循环次数，由载荷谱给出；Ni是在Si下循环到破坏的寿命，由S-N曲线确定。若构件在k个应力水平Si作用下，各经受ni次循环，总损伤为：(i=1,2,...k)DDnNikii==åå1Miner线性累积损伤理论的破坏准则为：DnNii==å17A01DnN2N1BD1D2n1n2线性累积损伤理论与载荷的作用次序无关。DnNii==å11122NnNnD+=

7、=12211NnNnD+==1A01DnN2N1BD1D2n1n283.Miner理论的应用变幅载荷下，应用Miner理论，可解决二类问题：已知设计寿命期间的应力谱型，确定应力水平。已知一典型周期内的应力块谱，估算使用寿命。利用Miner理论进行疲劳分析的一般步骤为：确定载荷谱，选取拟用的应力水平；选用适合构件使用的S-N曲线；计算在应力水平Si下循环ni次的损伤：Di=ni/Ni；计算总损伤D=ni/Ni；若D<1,构件是安全的；可考虑提高应力水平。若D>1，则应降低应力水平或缩短使用寿命。9例2已知S-N

8、曲线为S2N=2.5×1010；设计寿命期间载荷谱如表。试估计最大可用应力水平S。解：假定载荷P时的应力水平为Si=200MPa。由S-N曲线得到Ni,计算损伤Di，列入表中。可知，若取S=200MPa,D=1.75>1,发生疲劳破坏。再取S=150MPa,算得：D=0.98<1,可达设计寿命。载荷Pini(106)P0.050.8P0.10.6P0.50.4P5.0总损伤D=Di=