!∀
#一∃
%
,&
。刀∋
,&(
口∀。
分别将∗,
、,
和,
二
∋−
−.
和∋−/
.式
便可
得出0一八怂
一0
1
一∃
。&、
刀∗&(#∀
#)
0
‘0
二代入
和0
二
结构件的疲劳寿命估算
高
月华
工
程机械产品
的使用
寿命是评价其质量的
重要
指标之
一钢结构件作为工程机械的主
体和
传动
液压
等基础件一
样,
其寿
命直接
决定着整机的耐久性为了
保证
机器固
有的可
靠性,
在进行
有限寿命设
计时,
如何在新产品
的设
计中或是样机试制后就能比
较精确地估
算出
产品
或零部件的使用寿
命这
是广大工程
技术人
员普遍关注的问题
目
前国内外在安全
寿命设
计中有两种常
用
的寿命估算方法
—名义应
力寿命估算法和
局
部应
力应变寿命估算法
本文
仅就名义
应力法作扼要介绍
并以
装
载机典型
构件为例介绍这
种寿命估算方法的
具体应用对大型铸焊件,
往
往存在气孔
夹杂裂
纹等工艺
缺陷而
事实证明即
使存在一些
裂
纹
缺陷
的构件仍可以
工作相当
长的
时间一般
把从工
程裂纹到
完全断
裂或者达到下次
检修
前仍能
安全
使用的
临界位
置所经过的时间称
为裂
纹扩
展寿命或剩
余寿命常用于
损伤容限
设
计
一
疲劳寿命的
概念
结构件或机件的疲
劳寿命
是指在循环
载荷
作用下产生疲
劳破坏的应力循环数
或应
变循环
数疲
劳寿命可
分为
裂纹形
成寿命和
裂纹
扩展
寿命总
寿命为二
者之和
传统
的疲
劳设计
都假定
材料的
初始
状态是
均匀
的连
续体,
在循
环载荷作用
下,
由于
材料
的损伤
累
积使材料产生裂纹当
裂纹尺寸
达
到当
前探伤水平所能
测量
的尺寸时则认
为材
料失效将产生或出现
工程裂纹前的寿命称为
裂纹形成寿命对于
小型试件或构
件一旦出
现
工程裂纹就很快断
裂失效
所以一般
都把
裂纹形成寿命作
为小型
构件的疲劳寿命,常
用于
安全
寿命设计二传统的
疲劳寿命估
算方法
—名
义应力
法
疲劳寿命估算是疲劳设
计过程
中的重要步
骤在进行安全寿命设计时一
般的步骤是
∋−.测定
构件的0
一2
曲线!∋/.
分析确定
构
件的
载荷谱!∋3
.按
一定
累
积损伤理论
进行寿
命估算,∋4.
进行
验证
性的模
拟疲
劳试验
或全
尺寸
构件的疲
劳试验对于
一般构
件可只
作寿
命估算而对于重要
构件尚
需进行
实物的疲
劳
试验
疲劳寿命估算的主要工
作量
是计算疲
劳损
伤
或累积损伤所谓疲劳损伤一般
是指疲
劳循
环
加载情况下
材料的
变化情况而累积
损伤则
是指每一
加载周期下
损伤
增量
的积累
−
累积损伤理
论
累积
损伤
理论目
前有十几
种之
多但
常用
的是5&(67
线
性累积损伤理论这
种理沦
认为
试件在各种应力水平下
造成
的损伤
是彼
此
独立的总
损伤可以线性地
进行
累加!
试件
在一定循环应力幅#+,
的作用下2
次
破坏
每一次循环造成的损伤
为8
92、,(:
次造成的
疲
一/4一
劳损伤为(,9
入,∋称
为
损伤周比.!
当
试件承
受
变幅
载荷时,
在不同应
力幅。。
…#
的作用下
分别
在22
”
…2:
次破
坏则
试件在该各应
力幅下分别循环(
,(
…(:
次
其损
伤周比之和
等于−
时,
试件就破坏即
典匕二−
仁卿刊:∋−.
通常把这
个公
式称为5&(67
法则,
为目
前
国内
外各工业
部
门广泛
采用,
是疲劳寿命的
估
算
的有力
工具
但是
由于这
种理论认
为低于
疲劳极限的应力
不产生损伤同
时没
有考虑应
力间的
相互作用,以及
先前的应力
历程
所引起
的应
变硬
化应
变软化和残
余应力对于材料性
能和
材料状态
产生的
影响因
此往往与
试验
结果不
完全
符合尽管如
此由于
该法则
使用
简便仍得到
广泛
使用
/∗
一2
曲线和<
一0
一2
曲线
∋−
.0
一2
曲线
以应
力幅∋最大循环
应
力和
最小循环应
力代数差的一
半.#
或最
大
应力口二
为
纵座标疲劳寿命为横座
标所
绘
出
的曲线
称为0
一2
曲线
它用
来表示材料或构件疲劳
失效
时的
应力
幅水平
和循环次
数的关系是进行疲
劳设计和
疲劳寿
命估算的基本数据常用
直角座
标图
∋图8#.
单对
数座标图∋图8=.及
双对
数座标图
∋
图>.
表示“2
一?二
常数
或≅∃Α2Β∃Α#1∃Α?
来表示式
中≅?
为
常数与
材料性质试
件形
式和
加载方式
等有关
0
2
曲线
主要通过试验
来确定
在我国
钢结构设
计规范
中已
列出
国内几
种常用
钢材
的材料光
滑试件的0
一2
曲线
带切口
试件的
0
一2
曲线用于
构件设计的通用
焊接
接头的
0一2
曲线对于
某种新材料当
不具备
试验
条
件时可由材料的
拉伸强
度极限#‘
来作近
似的,
一2
曲线
如果在,
一2
曲线上
考虑有效
应
力集中系数Χ
分散系数Χ
和尺寸系数
Χ∀
,
可
得出带
系数的,
一2
曲线具体作法是
在双对数0
一2
曲线上
把对应
循环次数为。
−Δ−Δ−Δ
−Δ
各点的疲
劳极限。分别
乘
以
该点的Χ
∀9ΧΧ
二,
并将各点相连,即可
得到
带系数的0
一2
曲线∋
图/.
∋Ε.2‘
口’
二
∋
。Φ乙
,∋6.
乙,刀
直角座标是最早
采用
的图式通
过各试
验
点所画
的平均线
称为
乌勒
曲线
这条曲线以
一
水平线∋
疲劳极限.为
渐近线!
单对数座标图以
纵座标为循环应
力幅横座
标为循环
次数的对
数值!
双对
数座
标图
是最常用的
图式在这
种
座
标图上0
一2
曲线表示为一直线
转折点
Γ
就是试件
的疲劳极限直线Η
Γ,
常用
方程∋/
.<
一0
一2
曲线
测定02
曲线时
在同一
应力幅下进行循
环加
载往往
得到不同
的疲劳寿命上迷,
一2
曲线实际上
是中值
,
一2
曲线,
其横
座标代表存活
率为∗ΔΙ
的中
值疲劳寿命以这
种曲线为
依据估算的
疲劳寿
命往往
偏于危险因为这种寿命
表示
有一
半产
品
在达到
预期寿
命以
前失效为定量
地表
示寿
命估算结果的可靠性引入
存活率<
的
概念
所谓
存活率就是指
母体中个体疲劳寿命大于
某
一安全
寿命的
概率这
样
就出现了存
活率一
应
力幅一
疲劳
寿命曲线即<
一,
一2
曲线∋
图3.
乙,
‘
ΦϑΙ
的仔治率
夕口
允的!
占率
艺,刊
一/∗一