中碳钢疲劳寿命的估算方法研究

1 引言
金属材料或由其加工而成的构件尧 设备在载荷的反复作用下 都会产生疲劳损伤遥 据统计袁约有渊 50~90冤%的机械结构破坏属于疲 劳破坏[1]遥 疲劳尤其是材料的疲劳是 RV 减速器尧轨道交通尧航空尧航 天等工程领域关注的问题袁学者们利用各种方法和试验来确定材料 的疲劳性能[2]遥 疲劳性能的主要衡量指标是疲劳寿命袁即院在某一载 荷下疲劳破坏时的载荷循环次数袁或至断裂的时间[3]遥 19 世纪末到 20 世纪初袁学者们利用金相显微镜袁发现了金属微观破坏分为 3
粤遭泽贼则葬糟贼：Medium -carbon steels occupy superior mechanical property. Fatigue characteristic is one of the key evaluation indexes of mechanical properties袁 and is also the focus and difficulty of the mechanical property study. The traditional estimation method of fatigue life of medium -carbon steel is low accuracy in high cycles. The main reason is that fatigue strength factor is difficult to realize the unified calculation in the whole cycle. Therefore袁 in this issue袁 medium-carbon steel fatigue strength index is investigated袁 and a sectional calculation method of calculate fatigue strength factor in whole cycle is proposed. The fatigue life of 40Cr is estimated by the traditional method and the proposed method. Comparisons are made with the 40Cr fatigue life test data from the reference. The results indicate that the proposed method could improve the prediction accuracy in the high cycle life compared with the traditional fatigue life estimation method. The fatigue life estimation method proposed in the issuer would improve the fatigue life prediction accuracy of metal materials. Key Words院Medium-Carbon Steel曰 Fatigue Crack曰 Fatigue Life曰 Crack Initiation曰 Crack Extension曰 Fatigue Strength Factor
摘 要：中碳钢有着较好的机械和力学性能袁其疲劳特性是机械和力学性能的主要考核指标之一袁也是研究的重点和难 点遥 中碳钢疲劳寿命的传统估算方法在高周上存在计算精度低的问题袁主要原因可归结为疲劳强度指数难以在全周袁即院 低周尧中周和高周袁实现统一表达遥 因此袁针对中碳钢疲劳强度指数开展研究袁提出了疲劳强度指数全周分段计算方法曰开 展了基于传统疲劳寿命估算方法和所提出估算方法的中碳钢 40Cr 疲劳寿命预测分析曰并利用来自于参考文献的中碳钢 40Cr 疲劳寿命试验数据袁开展了预测结果的对比分析曰分析结果表明基于提出的疲劳强度指数全周分段计算方法所形成 的中碳钢疲劳寿命估算方法较传统疲劳寿命估算方法提升了高周寿命预测精度曰 这将为提高金属材料疲劳寿命预测分 析提供一定支持和帮助遥 关键词：中碳钢；疲劳裂纹；疲劳寿命；裂纹萌生；裂纹扩展；疲劳强度指数 中图分类号：TH16曰TH14 文献标识码院A 文章编号院员园园员-3997渊 圆园19冤 08-0073-03
个阶段院渊 1冤 疲劳裂纹萌生曰渊 2冤 疲劳裂纹扩展曰渊 3冤 瞬时断裂遥 因
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此袁理论分析通常将疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展的时间等效为 材料的疲劳寿命[4]遥 文献[5-6]提出了以应变幅作为参量的疲劳寿命 描述方法袁即院著名的 Manson-Coffin 公式袁通过 Neuber 法结合 Manson-Coffin 公式袁即院局部应力应变法袁形成了裂纹萌生阶段 的寿命估算方法遥 1963 年 Paris 利用断裂力学提出了裂纹扩展计 算方法袁即院Paris 公式[7]遥 这 2 种方法构成了材料疲劳寿命的估 算袁但裂纹萌生估算方法由于疲劳强度指数计算方法导致其高周 精度低袁直接影响材料的疲劳寿命估算遥 因此袁针对中碳钢的疲劳 强度指数开展研究袁 提出了疲劳强度指数全周分段计算方法曰开
第8期
机械设计与制造
圆园19 年 8 月
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中碳钢疲劳寿命的估算方法研究
文 超 1袁王 浩 2袁高红梅 1袁李政民卿 2
渊 1.中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司袁江苏 常州 213011曰2.南京航空航天大学袁江苏 南京 210016冤
Investigations of Medium Carbon Steel Fatigue Life Predictions
WEN Chao1袁 WANG Hao2袁 GAO Hong-mei1袁 LI Zheng-minqing2
渊 1.CRRC Qishuyan Institute Co.袁 Ltd.袁 Jiangsu Changzhou 213011袁 China曰 2.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics袁 Jiangsu Nanjing 210016袁 China冤