外文翻译--稳定的交变应力下的疲劳寿命预测 中文版

稳定的交变应力下的疲劳寿命预测 安全系数的方法常用于测试机械设计的部分疲劳强度。其评判标准是 S S。第一步确定部分压力的最大值和最小值，然后确定平均压力值和应力幅值。因此在容许的疲劳设计图上会显示作业点（），把和作为评定安全系数，把 S作为允许安全系数。这部分简单介绍一下在单轴应力情况下三种常见的应力设计（如 r，分别为常数）。 （ 1） 以 r=c(c 为常数 )为例。容许的疲劳设计图如图 3.6所示。 当作业点在疲劳安全区内时， 当作业点在塑性安全区域内时，针对屈服强度的安全系数条件为 (2)当，允许疲劳设计图如图 3.37 所示。 当作业点在疲劳安全区内时， （ 3.37） 当作业点在塑性安全区域内时，针对屈服强度的安全系数条件为 (3.38) (3)当，允许疲劳设计图如图 3.38 所示。 当作业点在疲劳安全区内时， (3.39) 当作业点在塑性安全区域内时，针对屈服强度的安全系数条件为 (3.40) 3.2.4.6 规则的变应力下的疲劳寿命预测 对于大部分受到随机变化的循环应力强度机械和结构部件（例如汽车悬架和飞机结构），其疲劳寿命预测是非常复杂的，并且需要基于大量 实验的统计疲劳强度的方法。但是，对于收到规律的不稳定变应力循环强度的部分（如机床主轴），疲劳寿命可以线性累积损伤理论进行预测，也叫做 Palmgrem 法则或 Miner 法则，其假设周期的故障数与损坏程度存在着线性关系。这种法则在逻辑上假设了这样一个简单的概念：如果某部分以进行周期性压力加载，导致个循环的失败，假设每次循环加载负荷都对那部分产生相同的损害，每个循环的损害率是 1/个循环之后，压力水平 /。相同地，压力水平 /，等等。当总的损坏率达到 100%时，疲劳破坏发生了。 线性累积损伤理论如下式：，的循环次数， ，表示在这下压力强度下的疲劳寿命，如图3.9 所示。基于假设这下压力水平在有限的循环次数下不会产生损坏，忽略了低于疲劳极限的压力水平。 需要指出的是，这种理论虽然是预测疲劳寿命一个很好的工具，但是他只是一个估算的方法。根据大量试验证明，当压力水平，相近时且没有任何过载时，此理论才能得以证实。然而，当压力水平从高到低逐渐减少时，损坏程度会大于 1，当压力水平从低到高逐渐增加时，损坏程度小于 1。这种情况通常发生在的工程中。 3.3 机器部件的表面强度 除了发生在构件内部的损坏（断裂，压弯，过度变形），构件表面也 可以发生各种各样的损坏，对其使用造成不便。事实上，经验表明，一些机器部件，例如一组配对齿轮，滚珠，轴承，摩擦离合器等等，它们通过与另一个组件相互滚动滑动工作，相对于破裂，表面损伤更可能导致其失效。组件对于承受表面损坏的能力叫做表面强度，根据接触类型和作用条件可以分为表面接触强度，表面挤压强度，表面耐磨强度。 3 3.1 表面接触应力和强度 当两个曲面弹性体相互挤压时，理论点和线接触岁接触体中综合因素导致的面接触的变化而变化。曲面组件相互挤压产生的压力叫做接触强度，或者叫 Hertz 强度，以纪念德国 Heinrich Hertz 在弹性接触压力方面的原始分析。以下仅考虑接触柱和接触球。 当两个长为 b，半径为的柱体以大小为 F 的力相互挤压，并且力沿长度 b 均匀分布，接触面是一个窄的矩形，宽为 2a，长为 b。类似地，当接触的两个半径分别的球体受到集中力 F的作用，将会产生一个半径为 c 的圆形接触面。这两种情况都会产生半椭圆形分布，例如最大接触压力会产生于沿压力轴的接触面的中心，如表 3.1 所示。 制定 ,和 ,分别为两个接触体的弹性模量和材料泊松比，接触压力的等式如表 3.1 所示。可以看出，最大接触应力和力 F 之间是非线性关系，因为对于柱 体 ,对于球体 , 此公式可以应用于内筒和内球体，内表面半径取负值 =-，也可以用于与平面表面接触的柱体或球体，取。 对于脆性材料，加载静载荷的表面损坏通常是挤压损坏，对于塑性材料，表面损坏通常是塑性 变 形 。 针 对 这 种 情 况 的 应 力 设 计 标 准 为 ： (3.42) 其中， 动荷载产生的表面损坏通常是因为反复施加在接触表面上下的压力。在接触面下发展到15-25m 的剪应力会不断产生剪切塑性，产生疲劳损坏并且传播到表面，致使表面材料的小部分发生分离，点蚀和剥落。对于配对齿轮，滚珠轴承等组件，点蚀和剥落是常见的疲劳损坏。表面的疲劳损坏 会产生振动和杂音，致使有效工作区的减少，部分承载能力的降低，工作状况的破坏。 虽然发生点蚀的机制还有安全弄明白，但是得到大家认同的是： Hertz 强度，循环数，表面处理，硬度，润滑程度，温度都对强度有影响。交接材料表面疲劳强度的定义类似于块状材料。如表 3.3，方程 3.28， 3.29 所示。只有当疲劳强度与循环数 N 相对应时，它才成为接触耐力极限或者接触疲劳极限，记作。 3.3.2 表面挤压应力和强度 两部分互相接触传输负载，发生在接触面的应力称为挤压应力。图 3.10 表明受轴向载荷 F的轴销连接。很明显，当应 力超过材料的极限，挤压应力就睡出现在接触表面的销和孔的轴之间。除满足其它强度要求，必须设计承受挤压载荷的部件，这样就使挤压应力是在可接受的限度内。由于挤压应力的分布是复杂的（如图 3.10 虚线标注），在工程中，假设挤压应力是不均匀分布的（如图 3.10 实线所示）。挤压强度的简化设计标准为： (3.43) 其中，和 分别为挤压应力和允许挤压应力。 A 为接触面或投影区域的弯曲接触面的面积。 3.3.3 表面磨损强度 在滑动或滚动接触条件下，机械零件的磨损是工作失败的最主要的原因。磨损可以被定义为在机械作 用的结果下，材料从固体表面去除的过程。磨损的机理是复杂的，涉及许多因素，如材料，硬度和表面粗糙度，接触压力，滑动或滚动速度和各种环境条件（湿度，温度和润滑等）因此耐磨寿