强度理论-变幅载荷疲劳寿命预测PPT课件

.,1,强度理论与方法（4）,变幅载荷谱下的疲劳寿命,.,2,1.变幅载荷谱,.,3,载荷谱分实测谱和设计谱,.,4,三种设计概念,.,5,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；,D随循环数n线性增长：,若n=N，则D=1，发生疲劳破坏。,疲劳破坏判据为：D=1,Di=ni/Ni,2.Miner线性累积损伤理论,.,6,Miner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),.,7,线性累积损伤理论与载荷的作用次序无关。,.,8,.,9,.,10,3.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。,步骤：,确定载荷谱构件S-N曲线,计算Di=ni/Ni；计算D=ni/Ni；若D1，不足,.,11,例1已知S-N曲线为S2N=2.51010；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=1.751,发生疲劳破坏。再取S=150MPa,算得：D=0.981,可达设计寿命。,总损伤D=Di=ni/Ni=1.75,Di=ni/Ni0.0800.1020.2881.280,.,12,解：由S-N曲线算Ni,例2构件S-N曲线为S2N=2.51010；若其一年内所承受的典型应力谱如表，试估计其寿命。,设构件寿命为年，则总损伤应当是D=(ni/Ni)。,计算Di=ni/Ni,一年的损伤为：(ni/Ni)=0.121,(ni/Ni)=0.121,Miner理论给出：D=(ni/Ni)=1故有：=1/(ni/Ni)=1/0.121=8.27（年）,.,13,变幅载荷疲劳分析的方法:,1)已知典型周期内的应力谱，估算使用寿命l。,典型应力谱(Si,ni),判据lD=1,S-N曲线,2)已知应力谱型和寿命，估计可用应力水平。,应力谱型(Si？,ni),判据D=1,S-N曲线,.,14,5随机谱与循环计数法,恒幅载荷,变程：相邻峰、谷点载荷值之差。有正、负变程,反向点：峰或谷斜率改变符号之处。,.,15,适于以典型载荷谱段表示的重复历程。,2.简化雨流计数法（rainflowcounting),雨流计数法要求典型段从最大峰或谷处起止。,.,16,简化雨流计数方法：,第一次雨流,谱转90，雨滴下流。若无阻挡，则反向，流至端点。,记下流过的最大峰、谷值，为一循环，读出S,Sm。,删除雨滴流过部分，对剩余历程重复雨流计数。,.,17,简化雨流计数结果：,第一次雨流,雨流计数是二参数计数，结果均为全循环。典型段计数后的重复，只需考虑重复次数即可。,.,18,若转换时R不变，N1、N2可用相同的S-N曲线SmN=C表示时，等损伤转换条件为：n2=n1(N2/N1)=n1(S1/S2)m.,3.不同载荷间的转换,计数后的多级载荷，如何简化到有限的载荷级？,不同载荷间转换的原则:损伤等效。,将S1下循环n1次的载荷，转换成S2下循环n2次，等损伤转换条件为：n1/N1=n2/N2或n2=n1(N2/N1)N1、N2分别为在(S1,R1)和(S2,R2)下的寿命。,.,19,小结,1)应力疲劳是弹性应力控制下的长寿命疲劳。（SmaxSy,Nf103-4次）,2)S-N曲线描述材料的疲劳性能。R=-1时的S-N曲线是基本S-N曲线。S-N曲线：SmN=C,3)Goodman直线反映平均应力或应力比的影响；(Sa/Sa(R=-1)+(Sm/Su)=1(等寿命直线)拉伸平均应力有害。喷丸、冷挤压引入残余压应力可改善疲劳性能。,.,20,7)随机谱可用计数法计数。转换成变幅块谱。雨流法是典型谱二参数全循环计数法。,6)Miner理论可用于变幅载荷下的寿命估算，Miner理论：D=Di=(ni/Ni)=1相对Miner理论：NA=NB(n/N)B/(n/N)A相对Miner理论估算精度更好。,5)缺口应力集中使疲劳强度降低，寿命缩短。高强材料，尖缺口，影响更大。,4)由疲劳极限控制无限寿命设计，即：SaorSmaxSf。,.,21,恒幅疲劳应力比R应力幅Sa,已知材料的基本S-N曲线,求寿命Nf=C/Sa,疲劳裂纹萌生寿命分析：,.,22,作业1某结构钢基本S-N曲线为S2N=2.51010,谱中有R=-1,Sa1=90MPa作用n1=106次的载荷；材料极限强度Su=300MPa。若须转换成Sa2=100MPa，R=0的载荷，试估计循环数n2。,解：已知结构的工作载荷为：Sa1=90,R=-1,Sm1=0,n1=106。转换后的载荷为：Sa2=100,R=0,Sm2=100,n2待定。,转换需用S-N曲线。本题中，R=0的S-N曲线未知。,因此，需先将R=0,Sa2=100,Sm2=100,n2待定的载荷；等寿命地转换为R=-1时的载荷Sm=0,Sa(待求),n2。,.,23,等寿命转换可利用Goodman方程进行，有：(Sa2/Sa)+(Sm2/Su)=1求得：Sa=150MPa。,问题：将R=0的载荷Sa2=100,Sm2=100,n2；等寿命地转换为R=-1时的Sm=0,Sa,n2。,因为上述转换是等寿命的，故若二者作用次数同为n2，则也是等损伤的。,于是，问题成为：工作载荷条件：R=-1，Sa1=90,Sm1=0,n1=106等损伤转换为：R=-1，Sa=150,Sm=0,n2？,.,24,由等损伤转换条件有：n2=n1(S1/S2)m=106(90/150)2=0.36106故转换后的载荷为：Sa2=100,R=0，Sm2=100,n2=0.36106