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1、2002年12月郑州大学学报(工学版)Dec.2002第23卷第4期JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)Vol.23No.4文章编号:1671-6833(2002)04-0026-04金属材料疲劳极限的估算李海梅,宋刚,刘永志(郑州大学材料工程学院,河南郑州450002)摘要:金属材料疲劳极限通常是用众多的试验结论测试拟合得出的,需要高昂的费用,且有时无法用试验获得特殊工况下的数值.给出一个估算非对称循环疲劳极限σr的简便计算方法,可利用有限的数据,确定材料的疲劳极限,减少试验次数,降低试
2、验条件的要求.在确定了疲劳极限值和静抗拉强度极限后,利用丁氏公式,用AUTOLISP实现了等寿命曲线图的绘制,讨论了拟和公式中各参数的确定方法,并对拟和结果和实验数据进行了比较.结果表明,该方法所得结果与试验结果吻合较好,且绘制疲劳曲线方便、快捷.关键词:疲劳极限;S-N曲线;估算公式中图分类号:TG146.23;TH142.2文献标识码:A金属疲劳破坏是结构及机械零部件失效的主本文侧重实用性的研究,以解决实验操作困要形式,如各种发动机曲轴、主轴、转子、齿轮、叶难、费用昂贵、数据偏少等问题.通过几个模型的[1]片、钢轨、轴承等,85%以上的破坏属疲
3、劳破坏.比较,采用收敛快、精度高且简便的丁氏计算方[8～12]因此,金属疲劳性能的研究一直是研究的热点.法以保证方便、快捷地获取金属材料的等寿多年来,国外学者一直在从事金属疲劳性能命曲线.在计算过程中,说明了丁氏公式各参数的[2,3]确定方法,并比较了计算数据与实验数据二者的数据与模型化关系研究.以S-N曲线(应力-循环曲线)为例,传统的数学模型主要是“幂函吻合程度,并以AUTOLISP绘制了等寿命图,以进数模型”和“指数函数模型”[4],用对数坐标可得到一步预测金属材料的寿命,具有积极的工程意义.线性系列;根据数理统计理论,文献[5]中给出的1对
4、称疲劳极限σ-1及非对称循环疲劳极两个模型,较好地解决了数值算法中的收敛问题.限σr的估算国内在“六五”、“七五”期间用实验方法测试了大量的结构钢、铝合金试样的疲劳实验数据[6,7],但σ-1和σr都可以通过实验来得到,但是实验数据分析的工作较少,对工程实际应用的指导作操作困难,费用昂贵,特别是σr实验,对应不同的用有限.现阶段,丁遂栋[8～12]用解析方法对非对r值,需要做很多组实验.因此如何通过估算就可以获得具有一定精度的σ-1及σr,对工程应用来称循环疲劳极限的估算进行了研究,取得了较好的研究成果.说就显得尤为重要.而要估算σr就应该先知道总
5、体说来,现阶段对材料疲劳性能及模型化σ-1的值.关系的研究存在如下问题:疲劳性能的研究多属1.1获取σ-1实验模拟,数值分析技术较少.因此,减少实验数通过S-N曲线可以很方便地获得σ-1,其7量,突出数值技术是疲劳研究亟待解决的问题.值为S-N曲线上N为10MPa时所对应的σ就模型化关系研究而言,现有模型多是根据值.S-N曲线是表示应力与至破坏循环数的关力学约束和统计约束拟合的,对结构、环境、表面系曲线,应力可为最大应力、最小应力、应力范围状况等与疲劳极限关系的研究较少,并或多或少或应力幅.各种金属材料的S-N曲线形状差别存在精度低与数据不足的问题
6、.较大,寻求统一的表达式比较困难,目前在疲劳设收稿日期:2002-09-10;修订日期:2002-10-20基金项目:河南省自然科学基金资助项目(004060400);河南省青年骨干教师基金资助项目作者简介:李海梅(1969-),女,辽宁省沈阳市人,郑州大学副教授,博士,主要从事橡塑材料成型及模具设计优化方面的研究1第4期李海梅等金属材料疲劳极限的估算27[4]计和测试中常用的经验公式有两种.于指数函数表达式中参数可以很方便地通过手册指数函数表达式:查到,并具有一定的精度,因此本文采用式(1)来lgN=A+Blgσ;(1)求取σ-1.三参数幂函数表
7、达式:用式(1)拟合得到的σ-1与实验值比较的结ασ=A+B/N.(2)果如表1所示.表中,σ-1计算值是式(1)中N取三参数幂函数表达式能较好地描述S-N曲710MPa时的σ值;σ-1实验值是文献[7]的数据;线,但求解参数的工作量较大.在实际工作中,由Kt是理论应力集中系数.[7]表1几种金属材料σ-1的计算值与实验值的比较Tab.1Contrastcalculationvalueofsomemetalmaterialσ-1withexperimenttestσ-1计算值/σ-1实验值/材料KtAB误差Δ/%MPaMPa137.80-12.74
8、261.45298-12.2916Mn热轧224.06-7.81153.27170-9.84135.48-12.08227
