无限寿命设计法.ppt

1,第4章 无限寿命设计法,2,4.1 概述,疲劳寿命设计方法包括：无限寿命设计法和有限寿命设计法（名义应力法和局部应力应变法）。 无限寿命设计法的出发点：零件在设计应力下能长期安全使用。（20世纪40年代由谢联先提出，目前仍广泛使用） 使用条件： 等幅加载时，工作应力smax s-1 (疲劳极限) 变幅、交变应力中，如果超过疲劳极限的过载应力数值不大、作用次数又很少时，可忽略，而按作用次数较多的最大交变应力smax s-1(疲劳极限)进行设计。 适用范围 地面上固定不动的民用机械（对重量没有限制） 设计方法 先由静强度设计确定出零件尺寸，再进行疲劳强度校核。,4.2 设计计算公式,对称循环（R=-1） 强度条件,现代机械设计手册疲劳强度与可靠性设计,恒幅对称循环的计算公式 该公式认为有效应力集中系数K、尺寸系数、表面系数三者相互独立，其对疲劳强度的综合影响呈线性关系。因其公式简单，在工程上得到广泛应用。 实际上三者并非相互独立，例如当零件的应力集中较大或粗糙度较高时，尺寸效应会减弱。,简单对称循环（R=常数）,强度条件,平均应力sm保持不变 检查两个安全系数,最小应力smin保持不变 检查两个安全系数,4.3 材料疲劳极限和影响系数确定方法,一. -1与-1的确定方法 -1 ：拉压载荷取对称拉压疲劳极限-1l，其余的均为材料的弯曲疲劳极限-1 。 -1 ：均为材料的对称扭转疲劳极限-1 。 可用以下三种方法来确定-1与-1 试验法（第2章的相关方法进行弯曲或扭转试验） 查表法 估算法,二. 影响系数的选取 疲劳缺口系数K ，K的选取 直接试验法 影响系数法 敏感系数法 正应力下的K可用式（3-8）计算，切应力下的K可近似借用正应力下的公式计算，敏感系数由图3-3查得。 在理论应力集中系数已知的情况下，疲劳缺口系数也可由史（3-3）计算，敏感系数由图3-3查得。 尺寸系数的确定。查图3-5、3-6选取，或用式（3-10）计算 表面加工系数1的确定。 根据表面终加工方法和强度极限，查图3-7； 根据表面终加工方法和屈强比，查图3-8； 根据以上两种方法查出的结果取平均值。,三. 平均应力折算系数的选取 正应力 拉伸平均应力折算系数（R-1） 由式（3-27）得到： 压缩平均应力折算系数（R-1） 可保守地取 =0，偏于安全。 切应力 建议：,四. 许用安全系数的确定 经验法 对于有足够使用经验的产品，许用安全系数可根据经验确定。若无具体的许用安全系数数据，推荐使用如下数据： 轧钢件和锻钢件：n=1.52.5； 铸钢件：n=1.82.8； 试验与计算精度高、材质均匀时，n取1.31.5； 重要零部件加大1.31.5倍。 分解法 n=nsn1 ns为强度安全系数，当材料的性能比较均匀时，ns=1.11.2；当材料性能不均匀时，ns=1.5； n1为应力安全系数，当载荷及应力都很精确时，n1=1.11.2;当载荷及应力不精确且有冲击时，n1=1.52.0。 用可靠性理论计算（略）,解：（1）基本思路：非对称循环载荷。用公式（4-3）进行校核。 （2）用敏感系数法求K 。 其中，Kt值已知，需要确定的是q和1。,4.4 例题,如图所示为梯形圆截面合金钢杆，D=42mm，d=30mm，r=3.5mm。已知杆表面精车加工，凹槽的理论应力集中系数为Kt=3.5； b=1000Mpa；-1=400Mpa；Pmax=45000N,Pmin=450N的轴向交变载荷作用下工作。设安全系数n=2，校核其强度。,求q值。由式（3-7a）计算敏感系数的公式(也可用式（3-6）计算),其中r=3.5(已知条件) a由图3-4查得。对应b=1000MPa，a=0.26,求表面加工系数1。由图3-7得1=0.92。,(也可用式（3-4）计算),（3）查尺寸系数,由图（3-6）查得合金钢的弯曲尺寸系数。其中曲线6对应强度极限为1000MPa. D=42mm时，=0.63； d=30mm时，=0.70。 对于拉压情况，当直径小于50mm时，无尺寸效应，所以=1. (P54,影响因素（1）),（4）计算KD值。,（5）计算缺口试样的平均应力折算系数。用式（3-27） 其中，真断裂强度（式3-23）,（6）