第5章 结构疲劳寿命分析
钢筋混凝土结构的疲劳寿命分析及预测
钢筋混凝土结构的疲劳寿命分析及预测一、引言钢筋混凝土是世界上最常见的建筑材料之一，广泛应用于房屋、桥梁、道路等领域。
然而，在使用过程中，钢筋混凝土结构会受到复杂的外力作用，其疲劳寿命也会随之降低。
因此，研究钢筋混凝土结构的疲劳寿命分析及预测，对于保证建筑安全、延长使用寿命具有十分重要的意义。
二、疲劳寿命分析方法1. 总体分析法总体分析法是在疲劳荷载作用下，结构的疲劳寿命是由结构的总体状况和材料强度决定的。
因此，采用这种方法可以在不考虑具体荷载作用特点的情况下，预估结构的疲劳寿命。
2. 应力幅值法该方法将应力幅值与材料应力–应变曲线中斜率的某个函数联系起来。
通过带入应力幅值和应力–应变曲线的参数，该方法可以预测材料的疲劳寿命。
3. 局部应力法该方法基于结构中某些部位所承受的局部应力，从而预测这些部位的疲劳寿命。
局部应力法可分为三种类型：直接法、相对应力法、裂纹扩展法。
4. 稳态渐近法该方法使用一种特定的曲线模型，根据材料的疲劳性能，建立曲线与材料间的联系。
接下来，疲劳荷载下的结构疲劳寿命就可以通过这条曲线的长期平均斜率进行预测。
三、在疲劳分析时需注意的问题1. 考虑不同荷载的影响同一结构的不同荷载下，其受到的应力状态不同，因此在分析疲劳寿命时需要考虑不同荷载的影响。
2. 考虑材料的非线性特性在钢筋混凝土结构的疲劳寿命分析中，材料的非线性特性必须得到充分考虑，以便得到更加准确的结果。
3. 考虑不同应力状态下的疲劳寿命不同应力状态下，材料的疲劳寿命存在差别。
因此，在分析疲劳寿命时，需要考虑不同应力状态下的疲劳寿命。
四、疲劳寿命预测的困难疲劳寿命预测是一个复杂且困难的过程。
原因在于疲劳寿命受到多种因素的影响，如材料的强度、荷载频率、荷载作用时间等。
此外，材料的性质也可能会随着时间的推移而发生变化，进一步增加预测的困难程度。
五、结论在钢筋混凝土结构的疲劳寿命分析和预测中，需要考虑多种因素的影响，并采用不同的方法进行分析。
车身结构疲劳寿命预测分析研究
车身结构疲劳寿命预测分析研究一、概述车身结构疲劳寿命预测分析研究是汽车工程领域的重要研究方向之一，其目的是通过建立精确的预测模型，预测车身结构在长期使用过程中的疲劳寿命，为车身结构设计和制造提供科学依据，进一步提高汽车的安全性、可靠性和耐用性。
二、车身结构疲劳寿命车身结构疲劳寿命是指车身结构在长期使用过程中，因受到加载和应力反复循环而发生的疲劳损伤或破坏前所经历的循环数或时间。
在汽车工程领域，疲劳寿命一直是汽车结构设计和制造的重要指标之一，影响着汽车的可靠性和使用寿命。
三、车身结构疲劳寿命预测方法车身结构疲劳寿命预测方法主要分为试验和计算两种方法。
1.试验法试验法是通过在模拟实际使用条件下进行大量的疲劳试验，以实测数据为基础，通过统计分析和曲线拟合等手段建立疲劳寿命预测模型。
试验法的优点是能够直接获取实际数据，预测结果准确可靠；缺点是试验成本高、时间长，并且只能针对某一特定结构进行试验，不具有通用性。
2.计算法计算法是通过在数值仿真软件中建立车身结构有限元模型，在给定的荷载作用下进行疲劳仿真分析，以数值模拟的结果为基础，通过计算建立疲劳寿命预测模型。
计算法的优点是成本低、时间短，并且具有通用性；缺点是需要建立精确的有限元模型，且模型的精度和建模方法会极大地影响疲劳寿命的预测结果。
四、影响车身结构疲劳寿命的因素车身结构疲劳寿命受到多种因素的影响，主要包括材料的强度和韧性、结构的几何形状、工艺质量、荷载等因素。
1.材料的强度和韧性材料的强度和韧性是影响车身结构疲劳寿命的最直接因素。
材料的强度决定了结构能够承受的最大应力值，而材料的韧性决定了结构在受到较大应力时的断裂形态，对疲劳寿命的影响也非常显著。
2.结构的几何形状车身结构的几何形状对疲劳寿命的影响主要体现在应力分布和应力集中的程度上。
一些细微的结构形状设计上的失误或缺陷可能会导致应力集中，从而对车身结构的疲劳寿命产生负面影响。
3.工艺质量工艺质量是影响车身结构疲劳寿命的重要因素之一。
重型机械结构的疲劳寿命分析
重型机械结构的疲劳寿命分析重型机械，如卡车、挖掘机、铲车等，长时间工作，面对重负荷的力量，会遇到不同的力学应力情况，由此对机械结构造成疲劳损伤，加速材料老化，影响机械寿命。
因此，对于重型机械结构的疲劳寿命分析是非常重要的。
疲劳寿命是指经过多次重复循环载荷后，材料不能承受额定载荷，导致失效的时间。
对于重型机械而言，其疲劳寿命直接影响着机械的使用寿命以及工作效率。
因此，疲劳寿命的分析对于机械的生产工艺、材料的选择、工作环节等方面都具有重要作用。
机械疲劳寿命的分析过程一般分为三个步骤：载荷分析、应力分析和寿命预测。
其中，载荷分析是指对机械在工作过程中所受的力或者位移等物理量进行分析，以确定其载荷谱。
应力分析是指对机械在载荷作用下所受的应力进行分析，以确定其应力水平。
而寿命预测则是基于应力水平、材料疲劳特性以及材料疲劳裂纹扩展规律等因素，利用数学模型计算出机械的疲劳寿命。
在整个分析过程中，载荷分析是非常重要的一环。
在实际工作中，机械所受载荷复杂多样，有静载荷、动载荷、交变载荷等。
其中，动载荷和交变载荷是机械疲劳寿命分析中较为重要的载荷形式。
对于动载荷而言，其载荷状态会随时间变化，而对于交变载荷则是交替作用于机械结构的正、负载荷。
因此，在载荷分析中要对不同载荷形式进行分类，并结合实际工作情况进行载荷谱的拟合。
应力分析是对机械在载荷作用下所受的应力水平进行分析。
对于静载荷而言，应力分析较为简单，直接套用静力学等原理即可。
而对于动载荷和交变载荷，则需要考虑材料的弹塑性及疲劳性质等因素。
钢材等常规材料在高应力作用下，容易发生塑性变形，导致结构失效。
而对于高强度钢、铝合金等特殊材料，其初始应力越高，疲劳破坏就越容易发生。
在应力分析中，应根据不同材料的疲劳特性进行分析。
寿命预测是机械疲劳寿命分析的最后一步，也是最为重要的一步。
在寿命预测中，需要结合载荷、应力、材料疲劳特性以及裂纹扩展规律等因素，利用数学模型计算出机械的疲劳寿命。
第5章-结构疲劳寿命分析
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
3. 平均应力对疲劳寿命的影响
材料的基本S-N曲线是在R= -1（对称循环）情况下得到，以下讨 论应力比R变化对疲劳性能的影响。由于Sm与R的关系，即
Sm = (1+ R) Sa / (1− R)
给定应力幅Sa时，R增大，表示Sm增大。 讨论应力比R的影响，实际上是讨论平均应力Sm的影响。
Sf = (拉压） 0.35Su
R= -1时，扭转载荷作用下的疲劳极限为
Sf = (扭转） 0.29Su
¾ 注意：不同载荷作用形式下的疲劳极限和S-N曲线不同。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
2. S-N曲线的近似估计
（2） 无实验数据时S-N曲线的估计 若疲劳极限Sf和材料极限强度Su为已知，S-N曲线可用下述方法 作偏于保守的估计。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
3. 平均应力对疲劳寿命的影响
a) 一般趋势
当Sa给定时，R增大，平均应力Sm增大。 平均应力对S-N曲线影响的一般趋势如图所示。
¾ 平均应力Sm=0（R= -1）的S-N曲线是基本S-N 曲线；当Sm>0，即拉伸平均应力，S-N曲线下 移，表示同样的应力幅作用下的寿命下降，对疲 劳有不利影响；Sm<0（压缩平均应力），S-N曲 线上移，表示同样的应力幅作用下的寿命增大， 对疲劳寿命的影响是有利的。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
1. 基本S-N曲线
由S-N曲线确定的，对应于寿命 N的应力SN称为寿命为N的疲劳 强度（Fatigue Strength）。
寿命N趋于无穷大时所对应的应 力Sf称为材料的疲劳极限 （Endurance Limit）。
船舶结构疲劳分析与寿命预测
船舶结构疲劳分析与寿命预测在广袤无垠的海洋上，船舶作为重要的交通工具和运输工具，承载着各种货物和人员的往来。
然而，船舶在长期的运行过程中，其结构会不断受到各种载荷的作用，如海浪、风、货物压力等，从而导致结构疲劳和损伤。
因此，对船舶结构进行疲劳分析和寿命预测，对于保障船舶的安全运行、降低维修成本、提高船舶的使用寿命具有至关重要的意义。
船舶结构疲劳是指在循环载荷的作用下，结构材料内部逐渐产生微观裂纹，并随着时间的推移，这些裂纹不断扩展和连接，最终导致结构的失效。
疲劳失效是船舶结构常见的失效形式之一，往往会在没有明显预兆的情况下突然发生，给船舶的安全带来极大的威胁。
因此，准确地分析船舶结构的疲劳特性，预测其寿命，是船舶设计和运营过程中必须要解决的关键问题。
要进行船舶结构疲劳分析，首先需要了解船舶所承受的载荷情况。
船舶在海上航行时，受到的载荷主要包括波浪载荷、风载荷、货物载荷以及船舶自身的动力载荷等。
这些载荷的大小、方向和作用时间都是随机变化的，因此需要通过大量的实测数据和理论分析来确定其统计特性。
目前，常用的波浪载荷计算方法有线性波浪理论、非线性波浪理论以及基于数值模拟的方法等。
通过这些方法，可以计算出船舶在不同海况下所受到的波浪力，并将其转化为结构所承受的应力。
在确定了载荷情况后，接下来需要对船舶结构的应力分布进行分析。
这通常需要借助有限元分析等数值方法。
有限元分析可以将船舶结构离散为大量的小单元，通过计算每个单元的应力和变形，从而得到整个结构的应力分布情况。
在进行有限元分析时，需要合理地选择单元类型、网格划分方式以及边界条件等，以确保计算结果的准确性。
同时，还需要考虑结构的几何形状、材料特性以及连接方式等因素对应力分布的影响。
得到船舶结构的应力分布后，就可以进行疲劳损伤的计算了。
疲劳损伤的计算通常采用基于应力幅的方法，如 SN 曲线法和疲劳累积损伤理论。
SN 曲线是描述材料在不同应力幅下的疲劳寿命的曲线。
结构设计知识：结构设计中的疲劳寿命分析
结构设计知识：结构设计中的疲劳寿命分析疲劳寿命分析是结构设计中的一个极其重要的知识领域。
它的主要作用是通过对结构材料的疲劳损伤进行分析，从而判断结构零件在特定载荷下的使用寿命。
这项技术在工程设计中非常重要，因为它可以确保结构的安全、可靠性和性能。
疲劳寿命分析是建立在一个基本原则的基础之上，即“所有材料都存在疲劳破坏的可能性”。
这个原则是基于材料在连续的应力循环下，会逐渐积累微小的应力应变损伤，最终会导致材料疲劳破坏的事实。
因此，在对结构的疲劳寿命进行分析时，需要考虑结构在应力循环下的强度和应变损伤的变化。
为了对结构的疲劳寿命进行分析，需要进行一系列的步骤。
首先是确定结构的载荷条件和工作环境，并收集所有涉及到结构材料的物理性质数据。
然后，需要进行有关结构材料的试验，将结构材料放置在一定的载荷下进行时间变换测试，以确定疲劳应力和延伸的循环次数，并随着时间推移记录材料的应变情况。
随后，利用这些数据，可以对结构材料的疲劳寿命进行进一步的分析，通过对结构材料的疲劳强度、应力范围和损伤累积的评估，综合分析结构的寿命。
这些分析的结果可以被用来更新载荷历史记录，以更精细地模拟不同应用场景下的载荷变化，从而达到提高结构设计的目的。
在疲劳寿命分析中，管道设计是重要的应用之一。
由于管道在工业生产过程中经常处于周期性应用状态，受到了疲劳损伤的特别严重影响。
管道设计必须考虑到许多因素，如流体介质、温度和压力等，以确保管道的安全和可靠性。
在进行管道设计时，疲劳寿命分析为管道设计师提供了很多数据，使得管道设计能够更好地满足工业生产的需求。
总之，疲劳寿命分析是结构设计中一个非常重要的环节。
它可以帮助设计师更好地了解结构材料的疲劳损伤情况，在设计过程中加入更多的严密性和可靠性，为工业生产的安全、高效和可持续性做出了贡献。
因此，懂得并掌握疲劳寿命分析对于结构设计工程师来说是极其重要的。
混凝土结构的疲劳寿命分析及其应用研究
混凝土结构的疲劳寿命分析及其应用研究一、疲劳寿命分析的基本概念疲劳寿命是指结构在一定的载荷下，经过一定的循环次数后发生破坏的时间。
疲劳寿命分析是在给定的循环载荷作用下，通过计算结构的疲劳寿命，判断结构的可靠性和寿命，对结构的设计和使用提供科学依据。
疲劳寿命分析的方法主要有应力循环法、应变循环法和能量法等。
二、混凝土结构的疲劳寿命分析混凝土结构的疲劳寿命分析是指在循环荷载下，分析混凝土结构的疲劳寿命和疲劳破坏形式的一种方法。
混凝土结构的疲劳寿命分析与金属结构的有所不同，金属结构的疲劳寿命分析主要考虑材料的疲劳强度，而混凝土结构的疲劳寿命分析则要考虑混凝土的损伤累积和裂缝扩展等因素。
混凝土结构的疲劳寿命分析通常采用的方法有应力循环法和应变循环法。
应力循环法是指根据结构的应力状态来计算疲劳寿命。
应变循环法是指根据结构的应变状态来计算疲劳寿命。
混凝土结构的应力循环法通常采用的是极限应力法，即根据混凝土的极限应力来计算疲劳寿命。
混凝土结构的应变循环法通常采用的是极限应变法，即根据混凝土的极限应变来计算疲劳寿命。
三、混凝土结构的疲劳寿命分析的应用混凝土结构的疲劳寿命分析在工程实践中有着广泛的应用。
在道路桥梁、水坝和发电站等大型工程中，混凝土结构的疲劳寿命分析可以用来评估结构的安全可靠性和使用寿命。
在混凝土结构的设计中，疲劳寿命分析可以用来确定结构的最小断面尺寸和钢筋配筋等设计参数。
在混凝土结构的维修和加固中，疲劳寿命分析可以用来确定维修和加固的位置和方式。
四、混凝土结构的疲劳寿命分析的不足混凝土结构的疲劳寿命分析虽然在工程实践中得到了广泛的应用，但是仍然存在一些不足之处。
首先，混凝土结构的疲劳寿命分析需要考虑许多因素，如荷载大小、荷载类型、材料性质等，分析过程较为复杂。
其次，混凝土结构的疲劳寿命分析需要考虑材料的非线性性和不均匀性，使得分析结果存在一定的误差。
最后，混凝土结构的疲劳寿命分析需要大量的实验数据支持，但是目前的实验数据仍然较为有限。
结构工程中的建筑物疲劳寿命分析
结构工程中的建筑物疲劳寿命分析建筑是人类生活的根本环境，也是现代文明与文化的重要载体。
如今，建筑结构工程的发展也愈加成熟，而建筑物的安全问题一直备受关注。
事实上，建筑物的安全与其疲劳损伤有很大的关系。
因此，在建筑物的设计、建造和使用过程中，疲劳寿命的分析是至关重要的。
疲劳分析是指在交变载荷下，材料或结构构件发生的疲劳损伤过程。
疲劳损伤指材料或结构构件在交变载荷循环作用下，受到应力的反复摆动，从而发生裂纹的形变和破坏现象。
这种损伤是一种随时间逐渐发展的过程，并不是一瞬间形成的。
因此，在建筑物的设计、建造和使用过程中，需要对建筑物的疲劳寿命进行分析和评估，以确保其安全可靠。
建筑物的疲劳寿命分析需要通过建筑物的结构构件和材料的试验来确定疲劳性质。
建筑物疲劳寿命的确定需要考虑多个因素，如材料的强度、裂纹扩展、载荷作用次数和载荷作用幅值等。
在实际疲劳寿命分析中，主要通过载荷历程、载荷幅值、载荷次数和结构构件所在环境的影响来确定疲劳寿命。
建筑物的疲劳寿命分析方法可以分为两类，一类是基于应力分析的方法，另一类是基于疲劳试验的方法。
基于应力分析的方法通过分析结构构件中裂纹扩展的规律和应力幅值大小的关系来确定疲劳寿命。
而基于疲劳试验的方法则通过在试验台上对材料和结构构件进行疲劳试验，从而确定其疲劳性质和疲劳寿命。
建筑物的疲劳寿命分析是一个非常复杂的问题，需要多学科综合运用，如结构力学、材料力学、工程力学、数值模拟和试验等。
在结构设计中，必须考虑到疲劳载荷的作用并合理地选择合适的材料和结构构件。
除了在结构设计中考虑疲劳损伤外，建筑物的使用过程中，如何正确维护和管理建筑物也非常重要。
建筑物的维护和管理包括日常巡查等常规维护工作和必要的检测、修缮工作。
此外，建筑物的使用寿命也需要考虑到疲劳寿命，在长期使用过程中需要定期进行检测和评估，以保证其可靠性和安全性。
总之，建筑物的疲劳寿命分析是建筑结构工程中不可或缺的一个环节。
机械结构的疲劳寿命分析
机械结构的疲劳寿命分析引言：机械结构的疲劳寿命分析是在工程设计中十分重要的一项工作。
疲劳寿命分析能够帮助我们评估结构的可靠性，预测其在长时间使用和重复载荷作用下的耐久性。
在本文中，我们将探讨机械结构疲劳寿命分析的基本原理、方法以及在实际工程中的应用。
一、什么是疲劳寿命分析疲劳寿命分析是对机械结构在长时间使用和重复载荷作用下的耐久性进行评估和预测的一种方法。
在机械工程中，结构件通常会承受变化的载荷，这些载荷会引起结构内部的应力集中和应力变化，进而导致疲劳损伤的累积。
疲劳寿命分析可以帮助工程师确定结构的寿命，从而指导设计和改进工作。
二、疲劳寿命分析的原理疲劳寿命分析的基本原理是根据材料的疲劳性能曲线来评估结构的疲劳寿命。
疲劳性能曲线通常由应力幅和循环次数两个参数确定。
应力幅是指载荷作用下应力的最大值和最小值之间的差异，循环次数则是指载荷作用下的循环数。
通过实验和统计方法，我们可以得到材料的疲劳性能曲线，并据此进行疲劳寿命分析。
三、疲劳寿命分析的方法1. 应力-寿命方法：这是最常用的疲劳寿命分析方法之一，通过应力分析和应力幅数据，结合材料的疲劳性能曲线，计算结构在特定载荷下的预期寿命。
这种方法适用于已知结构的应力分布和载荷历史的情况。
2. 序列法：序列法是一种逐步逼近的方法，在每个载荷历史步骤中，根据当前载荷条件下应力分析结果和材料的疲劳性能曲线，计算结构在该载荷步骤下相对于前一步的疲劳寿命。
通过多次迭代计算，最终得到整个载荷历史下的疲劳寿命。
3. 基于损伤累积理论的方法：这种方法将结构的疲劳寿命划分为若干个阶段，通过对每个阶段的疲劳损伤进行累积计算，预测结构的整体疲劳寿命。
损伤累积方法适用于结构由多个不同材料组成的情况，可以更精确地评估结构的寿命。
四、疲劳寿命分析的应用疲劳寿命分析广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等领域的工程设计和材料选用中。
通过充分了解机械结构在长时间使用和重复载荷作用下的耐久性，工程师可以进行合理的设计和改进工作，提高结构的可靠性和使用寿命。
飞机结构的疲劳寿命与可靠性分析
飞机结构的疲劳寿命与可靠性分析随着航空工业的快速发展，飞机结构的疲劳寿命和可靠性分析变得越来越重要。
疲劳寿命是指在经历一定数量的循环载荷后，结构发生破坏或失效的循环数。
而可靠性则是指在规定的运行条件下，结构在特定时间内正常工作的概率。
本文将对飞机结构的疲劳寿命和可靠性进行分析，并探讨一些常用的分析方法和工具。
1. 疲劳寿命分析疲劳寿命分析通常包括以下几个步骤：载荷收集、载荷谱分析、疲劳损伤计算和寿命评估。
首先，需要对飞机在运行过程中的受力情况进行载荷收集，可以通过安装传感器等方式得到飞机的载荷数据。
然后，对这些载荷数据进行分析，得到载荷谱，即载荷随时间的变化规律。
接下来，可以使用疲劳损伤计算方法，如应力幅法、完全峰值法等，对结构在不同载荷下的疲劳损伤进行计算。
最后，根据飞机结构的材料性能和几何形状等参数，结合疲劳寿命试验数据，评估结构的疲劳寿命。
2. 可靠性分析可靠性分析旨在评估结构在特定时间内正常工作的概率。
它通常包括可靠性设计、可靠性预测和可靠性评估等步骤。
可靠性设计是在飞机结构设计中考虑可靠性要求和相关因素，如使用可靠性设计指标、选择可靠性高的材料和工艺等。
可靠性预测是通过数学模型和统计方法，对结构在运行条件下的可靠性进行预测。
最后，通过可靠性评估，可以评估设计的可靠性是否满足需求，并对设计进行优化和改进。
3. 疲劳寿命与可靠性分析工具在飞机结构的疲劳寿命和可靠性分析中，有许多工具和软件可供使用。
其中，一些常用的工具包括有限元分析软件、载荷谱分析软件、MATLAB等。
有限元分析软件可用于建立结构的有限元模型，进行载荷和应力分析。
载荷谱分析软件可以对飞机的载荷谱进行处理和分析，得到载荷的统计特性。
MATLAB是一种功能强大的数学计算软件，可以用于疲劳损伤计算、可靠性预测等。
此外，还有一些专业的疲劳寿命和可靠性分析软件，如nCode、FE-Safe等，可以帮助工程师更精确地进行分析和评估。
总结：飞机结构的疲劳寿命和可靠性分析对于确保飞机的安全运行至关重要。
机械结构的疲劳寿命分析及改进
机械结构的疲劳寿命分析及改进现代工程中，机械结构通常承受长时间周期性载荷的作用，这种载荷会导致材料疲劳破坏，从而影响机械结构的性能和寿命。
因此，进行机械结构的疲劳寿命分析并采取改进措施是非常重要的。
一、疲劳寿命分析方法常见的机械结构疲劳寿命分析方法主要包括材料的疲劳试验、应力分析、疲劳强度分析和有限元分析等。
1. 材料的疲劳试验材料的疲劳试验是通过对不同载荷下的试样进行疲劳寿命测试，得到材料的疲劳性能曲线。
这样可以评估材料在实际工作环境中的疲劳寿命。
2. 应力分析应力分析是通过对机械结构进行载荷的测量与计算，分析机械结构在工作状态下的应力情况。
通过分析应力分布情况，可以得到机械结构的应力集中区域，并进一步分析其对疲劳寿命的影响。
3. 疲劳强度分析疲劳强度分析是利用材料的疲劳性能曲线和应力分析结果，计算机械结构在给定的工作载荷下的疲劳强度，再与实际应力水平进行对比，判断机械结构的疲劳寿命。
4. 有限元分析有限元分析是一种常用的结构分析方法，可以对机械结构进行精细化的建模和分析。
通过有限元分析，可以得到机械结构的应力、应变分布情况，进而计算其疲劳寿命。
二、改进机械结构疲劳寿命的方法为了提高机械结构的疲劳寿命，可以采取以下几种改进方法：1. 优化设计在机械结构的设计阶段，可以通过优化结构形状、尺寸和材料等方式，降低应力集中并提高结构的疲劳寿命。
例如，合理使用圆角和槽口设计可以减少应力集中。
2. 引入预应力引入预应力可以改变机械结构的应力分布情况，降低结构的应力水平，从而延长疲劳寿命。
常用的预应力方法包括热处理、表面沉淀硬化等。
3. 表面处理通过表面处理可以提高机械结构的疲劳强度。
例如，表面喷涂高强度材料、表面镀层和淬火等方式可以增加材料的硬度和抗疲劳性能。
4. 加强结构的支撑和固定加强结构的支撑和固定可以减小结构的振动和应力，从而延长疲劳寿命。
包括增加支撑点、加强焊接等方式。
5. 定期检测与维护定期对机械结构进行检测和维护可以及时发现结构中的缺陷和疲劳损伤，采取措施修复或更换受损部件，以延长机械结构的使用寿命。
机械结构的疲劳寿命预测与分析
机械结构的疲劳寿命预测与分析引言：机械结构的疲劳寿命是指在一定的工作循环次数下，结构发生破坏的时间。
疲劳寿命的预测和分析对于确保机械结构的安全性和可靠性非常重要。
本文将探讨机械结构疲劳寿命预测和分析的相关方法和技术，以及其在实际应用中的意义。
一、疲劳寿命的定义和影响因素疲劳寿命是机械结构在循环加载作用下发生破坏的循环次数。
在实际工作中，机械结构常常要承受循环加载，如汽车发动机、飞机翼、桥梁支撑等等。
疲劳寿命的预测和分析对于设计和使用过程中的结构安全至关重要。
影响机械结构疲劳寿命的因素有很多，包括材料的特性、结构形状、工作环境等。
首先，材料的强度和韧性是影响疲劳寿命的重要因素，通常情况下，强度越高、韧性越好的材料具有较长的疲劳寿命。
其次，结构的形状和尺寸对疲劳寿命也有一定影响，一些细缝隙和尖锐角度容易引起疲劳破坏。
最后，工作环境中的温度、湿度、腐蚀等因素也会对疲劳寿命产生影响。
二、疲劳寿命预测的方法和技术对于机械结构疲劳寿命的预测，有多种方法和技术可供选择。
常见的方法包括基于正态分布假设的统计方法、基于损伤累积理论的应力-损伤法和基于材料疲劳性能曲线的综合方法等。
统计方法是对大量实验数据的统计分析，通过分析和校验实验数据，建立适用于一定范围内的概率分布函数来预测疲劳寿命。
该方法在工程实际中应用广泛，能够较好地适应多种情况下的寿命预测。
然而，该方法对于极端载荷和环境等条件的变化适应能力较差。
应力-损伤法是基于损伤积累理论的，通过测量和计算应力循环中的损伤变量，如裂纹扩展长度、损伤形变等，来预测疲劳寿命。
该方法考虑了疲劳载荷的特点，能够较为准确地预测疲劳寿命。
然而，该方法需要测量和计算大量的损伤变量，实施起来较为复杂。
综合方法是将统计方法和应力-损伤法相结合，通过建立材料疲劳性能曲线，综合考虑载荷、试验数据和材料特性等因素，来预测疲劳寿命。
该方法兼顾了统计方法和应力-损伤法的优点，具有较高的预测精度和适用性，但需要大量的试验数据来建立材料疲劳性能曲线。
飞行器结构的疲劳寿命分析及其加固设计
飞行器结构的疲劳寿命分析及其加固设计飞行器结构的疲劳寿命分析和加固设计是飞行器设计和制造中的重要环节。
在长期使用过程中，飞行器受到各种外力的作用，如重力，气动荷载，以及机械震动等，这些力的作用会使飞行器结构材料产生疲劳损伤，从而导致结构的寿命减少和安全性能下降。
因此，结构疲劳寿命分析和加固设计是确保飞行器安全飞行的重要保证，本文将探讨飞行器结构的疲劳寿命分析及其加固设计的相关内容。
一、疲劳损伤疲劳是指材料受到周期性应力作用下，发生的一种渐进性损伤，会导致结构的疲劳裂纹和损伤，严重时可能导致结构的故障甚至坍塌。
各种不同的材料在受到疲劳损伤时表现出不同的特征。
例如，金属材料在受到疲劳损伤时会出现疲劳裂纹，塑料材料则会发生剥落和断裂。
对于复合材料而言，由于其具有复杂的结构和不同的材料组成，其疲劳损伤的形式也比较复杂，通常表现为层间剪切、纵向剪切和挤压等形式。
因此，对于不同材料的飞行器结构进行疲劳寿命分析时需要进行不同的分析方法和加固设计。
二、疲劳寿命分析疲劳寿命分析是指在预测某个部件在疲劳试验条件下的寿命时所进行的一种数学分析方法，在飞机结构设计中具有重要的应用价值。
疲劳寿命分析主要涉及到以下几个方面：1. 部件的工作环境和负载特征。
疲劳寿命分析需考虑飞机的运行环境和其所受飞行负载的特征。
工作环境因飞机的使用目的不同，其包括温度、湿度、湍流、撞击、振动和压力等各种因素。
而负载特征则是指支撑飞行和飞行中所受的各种负载，例如重心移动和引擎推力。
2. 疲劳裂纹的扩展分析。
疲劳寿命分析不仅需要预测部件的寿命，还需预测并分析疲劳裂纹的扩展形态和进展速度，为加固设计提供依据。
等效应力极差法、线性累积损伤法和疲劳裂纹扩展速度-应力幅值曲线等方法都可以用来预测疲劳裂纹的扩展行为。
3. 判定裂纹大小。
在确立裂纹的大小之后，需根据有限元分析和疲劳裂纹的扩展规律分析飞行器结构在疲劳载荷下的寿命。
疲劳裂纹影响因素有很多，如裂纹长度、深度、形状、方向、位置、应力分布等等。
结构材料的疲劳寿命与可靠性分析
结构材料的疲劳寿命与可靠性分析1500字结构材料的疲劳寿命与可靠性分析在工程设计和材料科学领域扮演着重要的角色。
本文将探讨疲劳寿命的定义、影响因素以及可靠性分析的方法，以期为相关研究提供参考和指导。
1. 疲劳寿命的定义疲劳寿命指的是材料在反复应力载荷作用下发生破坏的循环次数。
疲劳寿命直接影响着结构的安全性和可靠性，因此其准确预测和评估对于工程设计至关重要。
疲劳寿命的评估一般采用疲劳试验来获取材料的疲劳曲线，通过实验数据拟合来预测材料的疲劳寿命。
2. 影响疲劳寿命的因素疲劳寿命受多种因素的影响，其中最重要的因素包括材料的强度、硬度、形变能力、表面处理以及加载模式等。
材料的强度决定了其能够承受的最大应力值，硬度决定了材料抵抗变形和破坏的能力，而形变能力则反映了材料在受到应力作用下的变形能力。
同时，材料的表面处理也会影响其疲劳寿命，例如表面缺陷和裂纹会导致疲劳寿命的减小。
此外，加载模式也对疲劳寿命有着直接的影响，不同的载荷模式会导致不同的应力状态，从而影响材料的疲劳寿命。
3. 可靠性分析的方法可靠性分析是评估材料或结构在特定工作条件下不发生失效的概率。
可靠性分析的结果可以用来指导材料和结构的设计，以确保其满足工程要求。
常用的可靠性分析方法包括统计分析法、蒙特卡洛模拟法和灵敏度分析法等。
统计分析法基于大量的试验数据和统计学原理，通过建立概率模型来评估疲劳寿命的可靠性。
蒙特卡洛模拟法通过随机取样来模拟不同的工作条件，从而得到不同情况下疲劳寿命的分布。
而灵敏度分析法则用于评估输入参数对疲劳寿命的影响程度，从而确定哪些参数对可靠性具有关键作用。
综上所述，结构材料的疲劳寿命与可靠性分析对于工程设计和材料科学至关重要。
疲劳寿命的预测需要考虑多种因素，包括材料性能、载荷模式和表面处理等。
可靠性分析可以用来评估疲劳寿命的可靠性，并指导设计工作。
不断优化和改进可靠性分析的方法，将进一步提高结构材料的安全性和可靠性，在工程实践中发挥更加重要的作用。
第5章 结构疲劳寿命分析
R= -1时，弯曲载荷作用下的疲劳极限可估计为
Sf (弯曲）= 0.5Su
（当Su < 1400MPa）
Sf (弯曲）= 700MPa （当Su ≥ 1400MPa）
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
2. S-N曲线的近似估计
（1） 疲劳极限Sf与极限强度Su的关系
R= -1时，轴向拉压载荷作用下的疲劳极限为
主要内容
一．疲劳的基本概念 二．疲劳分析基本理论 三．疲劳设计分析方法 四．疲劳分析工程应用案例
二．疲劳分析基本理论
根据结构作用的循环应力的大小，疲劳可分为 应力疲劳 和 应变疲劳
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
若最大循环应力Smax小于材料屈服应力Sy ，则称为应 力疲劳；因作用的应力循环水平较低，寿命循环次数 较高（疲劳寿命Nf一般大于106次），故称为高周疲 劳。
Sf (拉压）= 0.35Su
R= -1时，扭转载荷作用下的疲劳极限为
Sf (扭转）= 0.29Su
¾
注意：不同载荷作用形式下的疲劳极限和S-N曲线不同。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
2. S-N曲线的近似估计
（2） 无实验数据时S-N曲线的估计 若疲劳极限Sf和材料极限强度Su为已知，S-N曲线可用下述方法 作偏于保守的估计。 由S-N曲线的幂函数形式 S m N = C ，通过一定假设确定参数m和C。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
破坏的定义：
疲劳破坏有裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展断裂三个阶段。应 力疲劳理论只研究裂纹萌生寿命。因此定义“破坏”为
① ②
机械设计中的结构疲劳与寿命预测研究
机械设计中的结构疲劳与寿命预测研究引言机械设计中的结构疲劳与寿命预测一直是一个关键的研究领域。
随着工业的发展和要求的不断提高，提高机械结构的耐久性和使用寿命成为一项非常重要的任务。
本文将从结构疲劳的原理、分类和影响因素入手，探讨当前机械设计中的寿命预测研究及其应用。
一、结构疲劳的原理结构疲劳是指在交变载荷作用下，材料或结构出现循环应力和循环变形，导致材料或结构在加载次数不断增加的情况下产生损伤和破坏的现象。
它是机械结构破坏的主要形式之一，具有不可忽视的重要性。
二、结构疲劳的分类结构疲劳可以分为低周疲劳和高周疲劳。
低周疲劳一般发生在较高载荷下，次数较少，应力循环幅值较大的情况下，例如机械设备中的起重臂；而高周疲劳通常发生在低载荷下，次数较多，应力循环幅值较小的情况下，例如机械结构中的连杆。
三、影响结构疲劳的因素结构疲劳寿命受到许多因素的影响，主要包括材料的特性、载荷历史、应力状态和表面状态等。
材料的特性包括材料的力学性能、化学成分和显微组织等，这些因素直接影响材料的强度和抗疲劳能力。
载荷历史主要指载荷的大小、作用时间和施加载荷的方式等，不同的载荷历史会导致不同的应力循环，从而影响结构的疲劳寿命。
应力状态指的是结构的应力分布情况，不同的应力状态也会导致不同的疲劳寿命。
表面状态包括表面质量和表面处理方式等，不良的表面状态会使疲劳损伤加速发展。
四、结构疲劳寿命预测的方法目前，结构疲劳寿命预测主要采用数值模拟和试验研究相结合的方法。
数值模拟可以通过建立合适的疲劳损伤累积模型来预测结构寿命，该模型基于材料的疲劳性能曲线和载荷历史，并考虑结构的应力状态和表面状态等因素。
试验研究方面，通常通过疲劳试验来获取材料的疲劳性能曲线和结构的疲劳寿命，然后将试验结果与数值模拟进行对比验证。
五、机械设计中的寿命预测研究与应用在机械设计中，对结构疲劳与寿命的研究主要体现在以下几个方面：1. 材料选择与优化研究人员通过分析不同材料的疲劳性能和强度等指标，选择适合的材料用于机械结构，以提高结构的寿命。
机械结构的疲劳分析与寿命评估
机械结构的疲劳分析与寿命评估引言：机械结构在长期使用过程中会面临疲劳破坏，这对于保证机械设备的安全性和可靠性具有重要意义。
疲劳是由于长期的应力循环作用导致结构材料的损伤和失效，因此对于机械结构的疲劳分析和寿命评估显得尤为重要。
本文将探讨机械结构的疲劳分析方法和寿命评估技术。
一、疲劳分析方法1.1 应力循环理论疲劳破坏是由于应力循环作用所导致的，因此了解结构的应力循环特性是进行疲劳分析的基础。
应力循环可以通过实测数据或者有限元分析得到，然后利用应力幅和平均应力的组合形式，如Goodman准则、S-N曲线等，来表示应力循环对材料寿命的影响。
1.2 疲劳寿命预测模型基于应力和应变的寿命预测模型是疲劳分析的重要工具。
常见的模型包括线性寿命估计模型、修正的Goodman模型、E-N模型、循环损伤积累模型等。
这些模型结合了材料的疲劳性能参数，如循环寿命、极限应力等，可以预测结构在一定应力循环下的疲劳寿命。
二、寿命评估技术2.1 应力测量技术针对机械结构的应力状况进行准确测量是进行疲劳寿命评估的基础。
常见的应力测量技术有引伸计、光栅应变计、电阻应变计等。
通过测量结构在不同工况下的应力，可以得到应力循环特性，从而进行寿命预测和评估。
2.2 疲劳试验技术疲劳试验是验证疲劳寿命预测模型、评估结构寿命的重要手段。
通过在实验室中设计适当的载荷谱和应力循环范围，对机械结构进行疲劳试验可以获取结构在不同寿命下的疲劳性能数据，验证疲劳寿命预测模型的准确性。
2.3 数值模拟技术随着计算机技术的发展，数值模拟成为疲劳寿命评估的重要手段。
有限元分析可以模拟结构在不同载荷下的应力分布和变形情况，通过应力循环分析得到结构的疲劳特性。
同时，通过改变载荷条件和材料参数等进行参数化分析，可以评估不同设计和材料的寿命差异。
三、案例分析以某航天器结构为例，通过有限元分析和疲劳试验对其进行寿命评估。
首先，模拟典型工况下的载荷作用，得到结构的应力循环特性。
机构疲劳寿命分析
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疲劳极限图
2 m Gerber抛物线模型： 1 a 1 b
m Goodman直线模型： a 1 1 b m Soderberg直线模型： a 1 1 s
在ANSYS中建立模型
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网格划分
模型采用六面体网格 Nodes:67516 Elements:36758
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分析结果
从上图中可以看到最大应力出现在联接孔处，此处作为疲劳分析的重点对象。
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疲劳分析应用
非恒定振幅载荷
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疲劳分析应用
寿命
安全系数
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疲劳分析应用
载荷-寿命曲线图
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疲劳简介
工程裂纹
asmL
无裂纹
a0 U
小裂纹 大裂纹 裂纹扩展寿命
acr
裂纹长度a
全寿命
图1 三阶段疲劳破坏模型 图中：
asmU 小裂纹的下限尺寸 a0 工程 裂纹尺寸
asmL 小裂纹的上限尺寸
acr
临界裂纹长度
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结构分析
1 2 3
三维建模
网格划分 分析结果
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三维建模
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精品课件！
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精品课件！
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目录
1 2 3 4
疲劳简介 结构分析 疲劳分析应用 理论与展望
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疲劳简介
强度、刚度和疲劳寿命是对工程结构和机械使用的三 个基本要求，其中疲劳破坏是工程结构和机械失效的 主要原因之一，引起疲劳失效的主要原因是重复载荷。 从微观上看，疲劳裂纹的萌生都与局部微观塑性有关， 但从宏观上看，在循环应力水平较低时，弹性应变起 主导作用，此时疲劳寿命较长，称为应力疲劳或高周 疲劳；在循环应力水平较高时，塑性应变起主导作用， 此时疲劳寿命较短，称为应变疲劳或低周疲劳。 疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷 的次数或时间。
建筑物结构疲劳寿命分析与延长方法
建筑物结构疲劳寿命分析与延长方法建筑物结构是指建筑物的骨架部分，通常由钢筋混凝土或钢材构成。
不可否认，随着时间的推移，建筑物的结构会经历各种形式的疲劳，导致寿命缩短和安全风险增加。
因此，建筑物结构的疲劳寿命分析以及延长方法成为了一个关键课题。
疲劳寿命分析是通过对建筑物结构在不同外界载荷下的反复加载和卸载过程进行模拟，进而评估结构的耐久性能。
在疲劳寿命分析中，最常用的方法是应力范围法和应变范围法。
应力范围法基于疲劳破坏理论，通过计算结构受力状态下的应力范围，来估算结构的疲劳寿命。
而应变范围法则是以疲劳破坏的行为和形态为基础，通过计算结构受力状态下的应变范围，来推断结构的疲劳寿命。
为了延长建筑物结构的疲劳寿命，可以采取以下几种方法。
首先，设计阶段的优化。
在建筑物的设计阶段，可以通过合理的材料选择、结构布局和截面尺寸等方式来减小结构的应力集中程度，从而降低结构的疲劳风险。
此外，采用设计荷载的频率和幅值合理，并设置适当的加载控制要求，也是有效的手段。
其次，材料和施工工艺的优化。
选择高强度、高韧性和抗腐蚀性能好的材料，对于提高建筑物结构的疲劳寿命至关重要。
同时，施工过程中的质量控制也是不可忽视的。
确保建筑物结构的合理施工和维护，对于延长疲劳寿命至关重要。
第三，定期检测和维护。
定期检测建筑物结构的状态和隐患，及时发现并修复结构中的损伤和缺陷，是防范疲劳破坏的重要手段。
利用无损检测技术，如超声波检测、磁粉检测等，可以发现隐蔽的结构缺陷，及时采取措施排除风险。
另外，外部的环境因素也会对建筑物结构的疲劳寿命产生影响，如湿度、温度、地震和风力等。
因此，在建筑物周围进行合理的环境控制，如加装防水层、屋面隔热层、保温材料和防护层等，可以减少结构暴露在恶劣环境下的损伤。
最后，及时更新和升级。
随着科技的不断发展，新的建筑材料、结构设计和施工工艺不断涌现。
建筑物的结构也需要保持与时俱进，及时采用新的技术和方法来更新和升级，以延长其疲劳寿命。
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¾ 显然，当Sm=0时，就是R= -1时的疲劳强度SN，当Sa=0时，载荷为静 载，有Sm=Su，在极限强度Su破坏。
SN为基本S-N曲线给出的、N循环寿命的疲劳强度！
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
例1 构件受拉压循环应力作用，Smax=800MPa，Smin=80MPa。若已知 材料的极限强度为Su=1200MPa，试估算其疲劳寿命。 解：1）确定工作循环应力幅和平均应力
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
破坏的定义：
疲劳破坏有裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展断裂三个阶段。应 力疲劳理论只研究裂纹萌生寿命。因此定义“破坏”为
① ②
标准小试件断裂。对脆性材料，裂纹萌生寿命（从裂纹萌生到扩 展至断裂的时间很短，对整个寿命影响很小）。 出现可见小裂纹（如1mm），或10%应变降。对于延性好的材 料，裂纹萌生后有较长时间扩展阶段，不应计入裂纹萌生寿命。 小裂纹观察困难时，可监测恒幅循环应力作用下的应变变化。当 试件出现裂纹后，刚度改变，应变随之变化，从而判断裂纹萌 生。
2. S-N曲线的近似估计
描述材料疲劳性能的基本S-N曲线，应当由R= -1的对称循环疲 劳实验给出，或查有关手册得到。在缺乏实验结果时，可依据材 料强度极限Su作出近似估计。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
2. S-N曲线的近似估计
（1） 疲劳极限Sf与极限强度Su的关系 经过大量的实验和经验积累发现，对一般常用金属材料，有以 下经验关系：
工作循环应力（Sa，Sm） 等寿命（N）对称循环应力（SN）
Haigh图
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
3. 平均应力对疲劳寿命的影响
b) Sa-Sm关系
2
Sa ⎛ Sm ⎞ +⎜ ⎟ =1 S N ⎝ Su ⎠
Sa Sm + =1 S N Su
Gerber曲线（抛物线）
Goodman直线（偏保守，工程常用）
影响疲劳寿命的因素
一．疲劳的基本概念
影响疲劳寿命的因素
6) 温度和环境的影响 金属材料的疲劳极限一般随温度的降低而增加的。但低温下材 料的断裂韧性也下降，表现为低温脆性，则易发生失稳断裂。 高温将降低材料强度，可能引起蠕变，对疲劳不利。 在诸如海水、水蒸气、酸、碱等腐蚀介质环境下的疲劳，称为 腐蚀疲劳。腐蚀疲劳对疲劳强度不利。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
3. 平均应力对疲劳寿命的影响
a) 一般趋势
当Sa给定时，R增大，平均应力Sm增大。 平均应力对S-N曲线影响的一般趋势如图所示。 ¾ 平均应力Sm=0（R= -1）的S-N曲线是基本S-N 曲线；当Sm>0，即拉伸平均应力，S-N曲线下 移，表示同样的应力幅作用下的寿命下降，对疲 劳有不利影响；Sm<0（压缩平均应力），S-N曲 线上移，表示同样的应力幅作用下的寿命增大， 对疲劳寿命的影响是有利的。
恒幅循环应力
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
1. 基本S-N曲线
描述循环应力需两个量，一般 取应力幅Sa和应力比R，应力幅 是疲劳破坏的主要控制参量， 应力比是载荷的循环特征。 在R= -1（对称循环）时，应 力—寿命关系曲线用Sa-N曲线表 达，称为材料的基本疲劳性能 曲线。（基本S-N曲线）
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
1. 基本S-N曲线
由S-N曲线确定的，对应于寿命 N的应力SN称为寿命为N的疲劳 强度（Fatigue Strength）。 寿命N趋于无穷大时所对应的应 力Sf称为材料的疲劳极限 （Endurance Limit）。 N无穷大含义：钢材107次循 环，焊接件2×106，有色金属 108 满足S<Sf的设计，称为无限寿命 设计。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
1. 基本S-N曲线
S-N曲线的数学表达式
¾
幂函数形式： S m N = C m和C是与材料、加载形式等有关的参数。 对数形式： lg S = A + B lg N A = lg C / m， B = −1 / m 材料参数
¾
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
3. 平均应力对疲劳寿命的影响
b) Sa-Sm关系 对于任一给定寿命N，其Sa-Sm曲线可画成无量纲形式。 Sa-Sm的数学表示：
Sa ⎛ Sm ⎞ +⎜ ⎟ =1 S N ⎝ Su ⎠
Sa Sm + =1 S N Su
2
Gerber曲线（抛物线）
Goodman直线（偏保守，工程常用）
第5章 汽车结构疲劳强度设计分析
主要内容
一．疲劳的基本概念 二．疲劳分析基本理论 三．疲劳设计分析方法 四．疲劳分析工程应用案例
一．疲劳的基本概念
强度、刚度和疲劳寿命是对工程机械和结构使用的 三个基本要求。 疲劳是结构失效的最主要原因，85%以上的结构失 效为疲劳破坏。疲劳失效每年要造成2000亿美元的 损失 关于疲劳的研究已有150多年的历史，工程师通过 对疲劳现象的观察，对疲劳机理的认识，对疲劳规 律的研究，在疲劳寿命的预测和抗疲劳技术等方面 积累了丰富的知识，对疲劳问题的认识也不断深 入，形成了较系统的疲劳分析方法。如何利用现有 的这些成果解决工程实际中的疲劳问题，是目前人 们需要迫切解决的问题。
一．疲劳的基本概念
疲劳破坏的特征
构件疲劳破坏的特征和静破坏有着本质的不同，主要有以下特征： 1) 承受变载荷（扰动载荷）破坏。 扰动载荷随时间变化载荷（力、应力、应变、位移等）。
一．疲劳的基本概念
疲劳破坏的特征
2) 疲劳破坏产生于局部。 疲劳破坏常出现在结构或材料应力大的局部，并 不牵涉到整个结构的所有材料。（注意局部细节 设计和工艺措施） 3) 疲劳破坏在断口处明显分为两个区域，即光滑区 和粗糙区。（疲劳裂纹扩展区和失稳断裂区） 4) 疲劳破坏是一个累积损伤的过程。 从疲劳裂纹的形成到裂纹扩展，以至最后断裂， 是疲劳损伤累积的过程。这一过程中结构经历的 时间或载荷循环次数称之为疲劳寿命。 疲劳破坏的三个发展阶段，裂纹形成（萌生）、 裂纹扩展、失稳扩展断裂。 疲劳寿命 N total =N initiation +N propagation
一．疲劳的基本概念
疲劳破坏的基本概念 疲劳破坏的特征 影响疲劳寿命的因素
一．疲劳的基本概念
疲劳破坏的定义?
疲劳定义: 这里引述美国试验与材料协会（ASTM）的定义： 在某点（或某些点）承受扰动应力，且在足够多的循环 扰动之后形成裂纹或完全断裂的材料中发生的局部的、永久 结构变化的发展过程，称为疲劳。
R= -1时，弯曲载荷作用下的疲劳极限可估计为
Sf (弯曲）= 0.5Su
（当Su < 1400MPa）
Sf (弯曲）= 700MPa （当Su ≥ 1400MPa）
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
2. S-N曲线的近似估计
（1） 疲劳极限Sf与极限强度Su的关系
R= -1时，轴向拉压载荷作用下的疲劳极限为
基本S-N曲线
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
1. 基本S-N曲线
材料的S-N曲线可由疲劳试验获 得。一般用一组标准光滑小试 件（7-10件），在R= -1时，施 加不同的应力幅Sa进行循环加 载，记录相应的循环次数（寿 命）N，即可得到S-N曲线。 Sa（或Smax）越小，寿命越长。 当应力S小于某极限值时 （Sf），试件不发生破坏，寿命 趋于无限。
N = 106，S = Sf = KSu （106）
式中，K是载荷作用形式系数（弯曲：K=0.5；拉压：K=0.35； 扭转：K=0.29） 把两假定代入S-N幂函数形式，可估计除参数m和C
m m=3/lg（0.9/K）；C=（0.9Su） 103
如此估计的S-N曲线只能用于寿命为103~106之间的疲劳强度估计。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
3. 平均应力对疲劳寿命的影响
材料的基本S-N曲线是在R= -1（对称循环）情况下得到，以下讨 论应力比R变化对疲劳性能的影响。由于Sm与R的关系，即
Sm = (1 + R ) Sa / (1 − R )
给定应力幅Sa时，R增大，表示Sm增大。 讨论应力比R的影响，实际上是讨论平均应力Sm的影响。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
1. 基本S-N曲线 材料的疲劳性能用所受循环应力S与到破坏时的循环 次数（或寿命）N之间的关系描述。 最简单的循环载荷是恒幅循环应力。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
1. 基本S-N曲线
¾ Smax、Smin ¾ Sm=(Smax+Smin)/2 （平均） ¾ ΔS= Smax-Smin （最大变程） ¾ Sa= ΔS/2 （循环幅） ¾ R=Smin/Smax （循环特征（应力 比） 当Smax= -Smin，R= -1，对称循 环； 当Smin=0，R=0，脉动循环； 当R=1，静载。
考虑到S-N曲线描述的是长寿命疲劳，不适合用于N<103以下， 故假定
N = 103时，S = 0.9Su （103）
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
2. S-N曲线的近似估计
（2） 无实验数据时S-N曲线的估计 对于金属材料，疲劳极限Sf对应的循环次数一般为106~107，作如 下保守假定
一．疲劳的基本概念
4) 表面粗糙度的影响 疲劳裂纹源通常发生在结构表面。（表面应力高、表面缺陷 多、表面材料易滑动） 镜面抛光、精磨、机械加工、热轧、锻造、盐水腐蚀、… 5) 表面处理的影响 表面冷作变形是提高零部件疲劳强度的有效途径，如滚压、喷 丸、挤压等，本质上是在表面引入压缩残余应力。 表面渗碳或渗氮处理可提高表面材料强度并在材料表面引入压 缩残余应力。 反之，残余拉应力对疲劳强度有害，如焊接、气割、磨削等都 会引起残余拉应力。镀铬或镀镍将在钢材表面引起残余拉应 力，使材料疲劳极限下降。