疲劳与断裂-陈传尧

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疲劳与断裂力学(一)

抵抗裂纹扩展的能力
低温－－
脆断
高强度钢－低应力脆断
裂尖
承载能力
厚度
承载能力
构件自身抵抗裂纹扩展的能力制约着构件裂纹扩展
的难易程度
传统材料力学的强度问题
两大假设：均匀、连续
评选寿定材命
应用
σC
SU
s
b 强度指标
1
材料力学

强度分析

强度理论

f , k , NC f C
S-N曲线上对应于寿命N的应力，称为寿命为N循环的疲劳
强度。
疲劳极限(endurance limit ) Sf：
寿命N趋于无穷大时所对应的应力S的极限值 Sf。 “无穷大”一般被定义为：
钢材，107次循环；焊接件，2×106次循环；有色金属，108次循环。
S
SN Sf 103 104 105 106 107 Nf
疲劳开裂
疲劳断裂破坏
飞机整机结构强度实验——机翼破坏实验飞机整机结构强度实验——机身破坏实验
静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式。
控制疲劳强度、断裂强度的是什么？
什么是疲劳？
ASTM E206-72
疲劳是在某点或某些点承受交变应力，且在足够多的循环作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。
/(OAcos45+hcos45) =(OA-h)/(OA+h)
故可知: R=(1-k)/(1+k)=h/OA=h/AC R值在AC上线性标定即可。
-1
D R=-1
Sa
R=0
S-1
Ah

工程力学基础陈传尧华中理工大学力学系

1 软件说明 2 电子教案 3 注意事项 4 关于我们 5 帮助
1
1 软件说明
• 依据的教材陈传尧编: “工程力学” 高等教育出版社，2006.6
• 章节内容范围第1—12章全书（加讨论题）。
• 教案适用范围本科。兼顾高职高专及成人高校师生。
2
2 电子教案
第一章、绪论第二章、刚体静力学的基本概念与理论第三章、静力平衡问题
第四章、变形体静力学基础第五章、材料的力学性能第六章、拉压件的强度与连接件设计
3
2 电子教案பைடு நூலகம்
第七章、流体力、容器第八章、园轴的扭转第九章、梁的平面弯曲
第十章、强度理论与组合变形
第十一章、压杆的稳定第十二章、疲劳与断裂
4
3 注意事项
• 使用本软件时建议使用Microsoft Office PowerPoint 2003；
• 建议先安装公式编辑器，否则部分公式的显示可能出现问题；
• 屏幕分辨率建议使用1024*768，以达到最好的显示效果。
5
4 关于我们
本电子教案由华中科技大学陈传尧教授工作室制作。
教案尤为注重教学规律；注重突出基本概念、基本理论、基本方法；注重问题的提出；注重结果的物理意义、几何意义及其限制的讨论。启迪研究型思维。
经过近十年的改善---试用---再改善，使用效果好。
6
5 帮助
• 本教案链接至节。 • 打开“工程力学教案”后，用鼠标点击
幻灯片放映。 • 翻至目录页，即可选择任一章进入。 • 每章有本章目录至节，点击“节”即可
进入。 • 此后可按正常动作开始教学。
7

浅析金属材料疲劳断裂的影响因素及预防措施

浅析金属材料疲劳断裂的影响因素及预防措施张梓锐【摘要】金属材料是我们日常生活中使用最广泛的材料,据统计金属材料的断裂失效中80％是疲劳断裂,疲劳断裂是影响金属材料使用安全性的一个重要因素.本文概述了金属材料疲劳断裂的影响因素,如应力集中、表面加工质量、环境与温度等,也浅析了相应的预防措施,对金属材料疲劳断裂的理论认知及实践预防做出了一定的指导.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】3页(P12-14)【关键词】金属材料;疲劳断裂;影响因素;预防措施【作者】张梓锐【作者单位】郑州市第47中学河南 450000【正文语种】中文【中图分类】T1.前言(1)金属材料的疲劳日常生活中使用的多数金属材料机械零部件承受的载荷都是随时间变化而变化的。

材料在交变载荷作用下，发生的破损或断裂叫做疲劳破坏。

疲劳破坏的特征和静力作用下的破坏有着本质的不同，主要有以下特征：在交变载荷作用下，材料所受的应力，即使低于材料的屈服强度，疲劳破坏也会发生，力的大小并不是决定疲劳发生与否的决定因素。

而静载荷作用下的破坏，一般发生在力较大高于屈服强度时。

不管脆性材料或者塑性材料，疲劳断裂时都不会表现出明显的塑性形变，而是突然断裂，这种突然性会更让人猝不及防，从而产生更大的危险。

材料发生疲劳破坏时，一般是在局部发生。

所以对于某些受力比较集中的部位，以及容易产生疲劳破坏的部位，通过定期的更换材料，可以改善疲劳情况，严重整体部件的使用寿命。

材料发生疲劳破坏时，并不是一蹴而就的。

疲劳破坏是一个由裂纹萌生、扩展、最终导致断裂的过程。

过程时间的长短取决于疲劳发生的条件和所处的环境。

(2)疲劳的分类一般情况下，疲劳是指材料在室温空气中，受交变载荷作用下，发生的疲劳。

在实际工作中，常遇到不同载荷条件、环境温度或介质情况，因而产生不同类型的疲劳。

①按疲劳过程中的应力类型来分类：A.高周疲劳：交变应力低于材料屈限点且循环周次一般大于的疲劳；B.低周疲劳：交变应力超过屈服点且循环周次在以下的疲劳。

某车型驱动桥后桥壳开裂分析

某车型驱动桥后桥壳开裂分析某款车型在矿区山路行驶过程中，驱动桥后桥壳在钢板弹簧位置附近发生开裂，有齿轮油渗出，此失效后桥壳为钢板冲压件，通过气体保护焊焊接而成，其主体为上下两半冲压件。

本文主要对失效件断口通过宏观观察、微观分析、金相检测，确定后桥壳开裂性质，分析可能开裂的原因。

标签：驱动桥后桥壳；钢板弹簧；开裂；断口分析驱动桥后桥壳是汽车重要的组成部分，它不但支撑着汽车的重量，将载荷传递给车轮，还承受制动工况、驱动工况、横向工况、纵向工况及上下跳工况产生的力或力矩，并经悬架传递给车身或车架。

在汽车行驶过程中，由于道路条件的千变万化，桥壳受到车轮与地面间产生的冲击载荷影响，可能引起桥壳变形或开裂，甚至断裂，因此驱动桥后桥壳应具有足够的强度和刚度。

同时其内部装有减速器、差速器、车轮传动装置及齿轮油，不但可以保护上述零部件受到外界的破坏，还可以通过内部的齿轮油润滑零部件之间的摩擦，降低零部件摩擦产生的温度，提高其寿命，所以合理的设计制造驱动桥后桥壳是提高汽车行驶稳定性和操作性的重要措施，如驱动桥后桥壳失效，会影响整车操稳，甚至发生交通事故，威胁生命。

某款车型在矿区行驶过程中，驱动桥后桥壳开裂，对失效件进行分析，结果如下：1 宏观观察驱动桥后桥壳外观及开裂位置见图1，桥壳的开裂位置在桥壳背面，位于钢板弹簧支座附件，与车辆前进方向相反，沿桥壳周向分布，后桥壳表面为电泳黑漆处理，开裂区域附件未见撞击、磕碰等异常损伤。

在后桥壳上截取失效位置，外观见图2。

图1 后桥壳整体结构图图2 失效样件外观观察断口形貌，发现断口表面较为平整，有少量的塑形变形，端口上可观察到较为明显的疲劳源区和疲劳弧线，裂纹扩展方向为沿后桥壳周向，瞬断区出现了严重的磨损，后桥壳源区起源于焊缝区外表面一侧。

为进一步对断口进行观察，将断口放于显微镜下进行观察，后桥壳源区起源于焊缝外表面一侧，为点源特征，源区被少量油污覆盖，但仍能观察到明显的疲劳辉纹，辉纹大小间距不等。

2019年整理ANSYS_nCode_DesignLife_材料参数设置解读资料

应力循环损伤计算方式1、标准；2、多平均曲线；3、多比例曲线；4、海格法；5、巴氏法；6、多温度曲线法
Back calculation？的损伤目标
2019年整理 ANSYS_nCode_DesignLife_材
料参数设置解读资料
红框中参数需设置，其余选择默认
2019年整理 ANSYS_nCode_DesignLife_材料参数设置解读资料断开所有本Glyph与其余Glyph的连接
料参数设置解读资料
• 进入本设置之前会出现以下提示
流程若搭建好则会出现本选项，选择Yse，则先运行一遍Flow之后再进行数据设置
因本Glyph你是否需要运行现有的 Flow（流程），无论流程是否搭建完善均会出现本选项因此，数据的灵敏性编辑才可以进行变更（performed意译）
本处建议选择NO
料参数设置解读资料设置坐标轴极限值
是否使用抗拉极限修正SN曲线
未修正
修正
例：本材料SRI1为236.8MPa， UTS为100，不使用UTS修正则 SRI1为236.8设置值，使用了 UTS修正则变更为200左右。
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料参数设置解读资料
不同材料仅屈服抗拉极限和SRI1
而我们常用的泊松比仅为弹性
应力范围截断
第一疲劳强度指数疲劳转换点
第二疲劳强度指数
应力比R，最小应力/最大应力，R=-1意味等副反向加载大于本值，则认为不会破坏
平均应力系数
99未知是否进行过热处理的铁（钢材） 100、锻造的，加工的，精细的铝
300、钛合金
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疲劳与断裂陈传尧

在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为疲劳。
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疲劳是在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。
疲劳问题的特点与研究目的：
特点：扰动应力，高应力局部，裂纹，发展过程。
主要控制参量： Sa，重要影响参量：R 频率 (f=N/t) 和波形的影响是较次要的。 24
主要控制参量： Sa，重要影响参量：R
研究目的：预测寿命。 N=Ni+Np 裂纹萌生+ 扩展
20
1. 只有在扰动应力作用下，疲劳才会发生。
扰动应力，是指随时间变化的应力。也可更一般地称为扰动载荷，
载荷可以是力、应力、应变、位移等。
S
S
S
要研究
Sm a x
载荷谱 S 的描述
与简化
0
恒幅循环
t0
变幅循环 t 0 随机载荷 t
图1.1 疲劳载荷形式分类
21
循环应力 (cycle stress)的描述：恒幅循环应力是最简单的。
S Smax
描述循环应力水平的基本量： 0
Smax， Smin
Smin
Sm Sa
Sa t
常用导出量：
平均应力 Sm=(Smax+Smin)/2
应力幅
Sa=(Smax-Smin)/2
应力变程 S=Smax-Smin
应力比或循环特性参数 R=Smin/Smax
疲劳与断裂
Fatigue & Fracture
陈传尧
1
回顾
工程力学（或者应用力学）是: 将力学原理应用实际工程系统的科学。

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因本Glyph你是否需要运行现有的 Flow（流程），无论流程是否搭建完善均会出现本选项因此，数据的灵敏性编辑才可以进行变更（performed意译）
本处建议选择NO
Edit materials Mapping
表面系数(参数)
表面处理他是通过机械和化学的方法处理后，能在产品的表面形成一层保护机体的保护层，在自然界中能够达到稳定状态增加机体的抗蚀性和增加美观，从而提升产品的价值
Surface Treatment Factor This field sets a material modification factor to take account of surface
第二疲劳强度指数
应力比R，最小应力/最大应力，R=-1意味等副反向加载大于本值，则认为不会破坏
平均应力系数
99未知是否进行过热处理的铁（钢材） 100、锻造的，加工的，精细的铝
300、钛合金
SRI1、b1、b2解释
On an S-N curve, the Stress Range Intercept is defined as the stress range at ONE cycle（一个循环就坏掉的应力） for the upper (main) Stress-Life line and typically has values in the range: 1000 to 25000 MPa.（通常的值为1000~25000MPa）
SN铝合金材料枚举对比
不同材料仅屈服抗拉极限和SRI1
不同
材料1

重庆大学学术型硕士研究生培养方案

重庆大学学术型硕士研究生培养方案力学（专业代码：080100）一、培养目标本学科专业培养能够从事力学方面的教学、科研或相关工程设计工作的高层次人才。

学位获得者应具备坚实的力学和数学基础理论和较宽广的专业知识；较为熟练地掌握一门外国语；了解本学科理论研究和工程应用的前沿动态；具有一定的理论分析、试验研究及数值分析能力，能结合与本学科相关的实际问题从事科学研究或工程技术工作，并取得较系统的研究成果。

二、学科、专业及研究方向简介重庆大学工程力学专业创建于1978年。

1981年获得固体力学硕士学位授权点，是全校最早的硕士授权点之一；1986年获得固体力学博士学位授权点，是原重庆大学八个最早获得博士学位授权点的学科之一；2003年获得力学博士学位授权一级学科；2007年力学一级学科被确立为重庆市重点学科。

重庆大学力学博士学位授权一级学科包括固体力学、工程力学、流体力学和一般力学与基础力学四个二级学科博士学位授权点；固体力学、工程力学、流体力学和一般力学与基础力学四个硕士学位授权点。

本学科拥有先进的MTS材料实验机和并行计算机系统等一批重要设备，为力学理论、试验和数值研究提供必要的条件。

近年来，本学科承担了数十项国家和省部级项目以及大量重点横向合作项目，获得了丰富的科研成果。

1. 本学科主要研究领域：（1）多场耦合理论与智能材料及结构力学（2）生物材料力学与高性能复合材料制备（3）材料与结构的强度与破坏（4）超常环境下材料及其微结构特性的理论与测试（5）纳米材料特性及其微结构机理、多尺度及跨尺度分析（6）结构动态特性及失效（7）结构运动与变形耦合动力学及控制（8）微重力下晶体生长过程的流体动力学、热张力流和浮力流理论、方法及其应用（9）输配电装备及系统安全的关键力学问题（10）多孔介质力学及其应用（11）生物力学（12）振动测试理论与技术（13）智能与虚拟仪器的研制与开发（14）可压缩流体动力学（15）超音速流和冲击波（16）线性波和非线性波2. 主要研究方向：（1）材料的强度理论与破坏机理（2）智能材料及结构力学（3）材料特性的多尺度及跨尺度分析（4）结构分析与优化（5）结构振动及控制（6）复合材料力学（7）非线性动力学（8）力学测试技术及仪器（9）计算流体力学（10）气体动力学（11）线性波与非线性波（12）浅水动力学（13）多相流体力学（14）环境流体力学（15）生物力学（16）振动、冲击的测试、模拟与控制（17）冲击动力学（18）多体系统动力学与控制（19）岩石、混凝土强度（20）复杂力学问题数值计算方法与软件（21）结构可靠性分析与设计（22）结构健康监测（23）工程流体力学（24）岩土力学与岩土工程稳定性三、学习年限学术型硕士生的学习年限一般为二年至三年。

08-学科门类：工学---贵州大学

080502 材料学专业硕士学位研究生培养方案一、学科简介材料科学与工程学科是关于材料的成分、微观组织结构、及其相应的材料制备加工工艺和它们的性能与用途之间有关的知识的开发和应用的科学，是人类进步的标志和当代科学技术的支柱学科之一，也是国家鼓励发展的综合性边缘学科，对人类社会的发展起着愈来愈重要的作用。

在原材料和资源方面我省具有较大的优势，对材料的需求量大、质量、性能要求高，这为材料研究、开发、应用及学科的发展创造了良好的条件。

本专业主要从事材料制备工程、高分子材料、金属材料等方面的研究。

材料制备工程是一门关于材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律的科学。

本学科方向培养的硕士研究生既可从事材料制备和加工技术的研究，也可从事材料特性及其表征的研究开发工作。

高分子材料方向以“国家复合聚合物材料工程技术研究中心（为贵州大学材料冶金学院研究生培养基地）”为支撑,以实现聚合物结构材料和功能材料的高性能化、功能化、环境友好化等相关的科学问题和工程化技术问题的研究为主线；以超微细粉体/聚合物复合改性为主要特色，注重理论研究与产业化应用相结合，经过研究生阶段的学习，使学生掌握系统的聚合物材料结构与性能、改性与加工方面的理论知识和科学研究的思维方法，大力培养学生的应用知识能力和动手能力，为今后胜任复杂的实际工作或进一步深造奠定良好的基础。

本研究方向具有较强的学术和技术优势，有多项国家“863”、国家功关及省级科研项目支持，拥有国家“百千万人才工程”第一、二层次人选2人，具有设备先进、配套齐全的实验室研究、中试试验和产业化示范生产的聚合物材料研发平台。

金属材料研究方向的特点在于研究金属材料的微观结构和组织，以及在不同特定环境下微观结构的变化状态对金属材料宏观性能所产生的影响，从而根据金属材料的实际服役条件进行材料成分、结构及生产工艺的设计，并建立描述金属材料宏观性能与微观结构关联性的表征方法。

金属材料是我校传统的优势学科，近年来我校在高性能金属材料方面的科学研究、技术开发形成了一支结构合理、勤于专研、勇于创新的学术团队，先后研发了稀土变质合金化铸钢、微变形高强韧贝氏体钢、高强度铸造铝合金等新型耐磨材料和高强度结构材料，并在工程机械、齿轮材料、钎具、烟草机械、汽车零部件生产等行业中获得工业化应用，为企业获得了数千万元的效益，为我省的经济建设和西部开发做出了贡献。

疲劳与断裂课程,,学习指南

疲劳与断裂课程,,学习指南疲劳与断裂课程学习指南一、教材教育部面向21 世纪课程教材：陈传尧编著，疲劳与断裂，华中科技大学出版社，2002 年。

二、辅助教材王忠光译，S. Suresh（美）著，材料的疲劳，北京：国防工业出版社，1999年第二版郑朝云、张式程译，D. 拉达伊（德）著，焊接结构疲劳强度，北京：机械工业出版社，1994 年第一版熊俊江著，疲劳断裂可靠性工程学，北京：国防工业出版社，2008 年第一版三、教学内容疲劳与断裂课程共分10 章。

第一章绪论；第二、三和四章介绍疲劳裂纹萌生及其研究方法，包括高周应力疲劳和低周应变疲劳，以及疲劳问题研究的统计学基础；第五、六和七章介绍弹塑性断裂力学基础，包括断裂扩展判据、断裂控制设计方法，以及工程常见的表面裂纹的应力强度因子；第八、九和十章介绍疲劳裂纹扩展的研究和预测方法。

各章主要内容如下。

第一章绪论，介绍疲劳的基本概念，疲劳断裂破坏事故的严重性，疲劳设计的主要方法和发展历史，疲劳破坏的特征和机理，疲劳断裂问题研究的一般方法。

第二章应力疲劳，介绍应力疲劳的基本概念，S-N 曲线及其近似估计，平均应力、载荷形式、尺寸效应、结构件表面光洁度、表面处理，以及温度与环境等对材料疲劳性能的影响，在给定寿命下循环应力幅与平均应力之间的关系，等疲劳寿命图，考虑缺口的疲劳问题，Miner 线性累积损伤理论，变幅载荷谱下的疲劳问题，简化雨流循环计数法，随机载荷谱下的疲劳问题。

第三章疲劳应用统计学基础，介绍疲劳数据的分散性，描述疲劳寿命分布的两种主要分布函数：正态分布和威布尔分布，二元线性回归方法，S-N 曲线和p-S-N 曲线的拟合，以及利用回归方程进行寿命问题的统计推断。

第四章应变疲劳，介绍应变疲劳的基本概念，单调的应力应变响应及其描述，滞后环，循环应力应变响应及其描述，材料的记忆特性，变幅循环应力应变响应计算，应变寿命曲线与平均应力影响，考虑缺口的应变寿命分析。

某驱动桥气室失效问题的分析及改进

10.16638/ki.1671-7988.2021.08.017某驱动桥气室失效问题的分析及改进黄彤，张阳，何念恒，边佳婷（陕汽商用车有限公司研发中心，陕西宝鸡721000）摘要：气室是驱动桥的重要组成部分，通过压缩空气和蓄能弹簧为制动器提供驱动力，从而实现整车的行车制动和驻车制动。

如若气室发生故障，则会造成制动失效，影响整车的行驶安全。

文章针对某驱动桥试验过程中出现的气室底部撕裂问题，通过运用机械振动、有限元分析等方法，对其失效模式进行剖析，通过改进方法，提升产品可靠性。

关键词：气室；疲劳断裂；有限元分析；振动分析中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-52-03Analysis and Improvement of Air Chamber Failure of a Driving AxleHuang Tong, Zhang Yang, He Nianheng, Bian Jiating（Shaanxi Automobile Group Commercial Vehicle Co., Ltd., Research and Development Center, Shaanxi Baoji 721000）Abstract: Spring diaphragm brake air chamber is an important part of the drive axle, through compressed air and storage spring to provide driving force for the brake, so as to achieve the whole vehicle driving braking and parking brake. If the gas chamber fails, the brake will fail, affecting the safety of the vehicle. This paper aims at the problem of tearing at the bottom of gas chamber in the test of a driving axle, and analyzes its failure mode by means of mechanical vibration, finite element analysis and so on, and improves the reliability of the product by improving the method.Keywords: Gas chamber; Fatigue fracture; Finite element analysis; Vibration analysisCLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-52-03引言某驱动桥弹簧膜片制动气室前期已在某款成熟车型上投放市场应用，未反馈质量问题，但其在应用另一款车型时，在试验过程中频繁出现气室底部撕裂等气室失效问题，针对此问题，在新产品投入市场前，对此问题进行剖析，使产品性能进行提升增强。

五十铃某发动机用增压器低周疲劳分析

图1㊀200km增压器载荷谱需要根据客户提供的数据,计算载荷并判断压气机叶轮是否能满足发动机20万km的要求(高原地区要求)㊂将连续的载荷-时间方程离散成一系列的峰值和谷值,进行循环计数统计处理的方法称为循环计数法 [3]㊂由于目前计算机能处理大量的数据,并不需要将载荷完全地分解成若干分段的载荷进行分别计算,只需要将原载荷的数据进行适当地简化用于减少计算量,如图2所示㊂从事发动机开发以及设计工作㊂E-mail:gaoqf@㊂图2㊀一次雨落法进行载荷简化通过编程将一次雨落法程序化,可以方便将采集的转速数据进行简化,如图3所示,由原来的近80000次的计点减少为8000次,减少了近9/10,极大地减少了计算机的计算时间㊂图3㊀简化后的增压器转速循环曲线2㊀S -N 曲线S-N 曲线,也叫应力与寿命曲线,是以疲劳寿命的对数值lg N 为横坐标,以材料标准试件疲劳强度为纵坐标㊁表示一定循环特征下标准试件的疲劳寿命和疲劳强度之间的曲线㊂材料的疲劳寿命一般是把原材料做成圆棒状,在特定的加工精度和热处理工艺下的标准样件,经过拉㊁压㊁弯曲以及扭转作用下得到的㊂疲劳强度是指材料在无限多次变更载荷作用而产生破坏的最大应力㊂目前对于增压器用的锻铝材料2618的S-N 曲线国内没有相关疲劳数据,特别在高温下的数据,所以需要依据材料的强度S u 作简单的估计,供设计参考㊂S-N 曲线计算表达方式为:S m ㊃N =A(1)两边取对数得:m Lg S +Lg N =A(2)当寿命N =1时,S 1=S u ,反映试件在极限强度下被破坏或屈服㊂由于S-N 反映的是长寿命疲劳,所以假设当寿命N =103则㊀S 103=0.9S u (3)由于疲劳极限是由试验确定的,试验又无法无限制一直做下去,故在许多试验研究基础上,所谓的无穷大一般定义为:对于金属材料,N =107次㊂由于疲劳极限S f 存在误差,所以假设当N =106时,则S 106=S f =kS u(4)式中:k 为反映不同载荷作用的形式系数㊂综上所述:S-N 曲线表达式为A =m (0.9S u )m ˑ103=m (kS u )ˑ106(5)由上述计算式推出不同温度下增压器叶轮材料2618的S-N 曲线,如图4所示㊂图4㊀不同温度下2618的S-N 曲线3㊀不同应力幅值的等寿命转换当应力幅值S a =-1时,测得的S-N 曲线为基本S-N 曲线,则将实际应力等寿命转换为S a =-1才能估计寿命㊂不同方式的等寿命条件如图5所示㊂图5㊀不同方式的等寿命条件由图5可知在等寿命条件下:图5(c )中的抛物线为S a -S m 关系的一种表达形式为(S m /S u )2+(S a /S -1)=1(6)上述曲线被称为Gerber 曲线[3],根据在整车上测得的实验数据,发现所有的数据点基本上在此抛物线附近㊂图5(b )中的直线为S a -S m 关系的另一表达形式,即(S a /S -1)+(S m /S u )=1(7)上述直线称为Goodman 直线[3],发现所有的数据点基本都在这一直线的上方㊂由于直线的表达形式简单,偏于保守,在实际工程中常用,所以现在采用Goodman 方式㊂4㊀Miner 线性累积损伤理论在实际工作中,受到的载荷是变化的,体现为扭矩和速度是变化的,不同挡位所使用的频繁程度即每挡所用时间也不相同,三者之间对应关系,就是载荷谱㊂载荷-循环次数图可以通过计数由载荷谱得到㊂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[3]为:D =n /N(8)如n =0,则D =0,那么构件无疲劳损伤;如n =N ,则D =1,那么构件产生疲劳损伤㊂D 随循环数N 线性增长:D i =n i /N i ;疲劳破坏判定为:D =1若在k 个应力水平S i 作用下,各经受n i 次循环,则其总损伤可定义[3]为:D =ðk i =1D i =ðki =1n i /N i (i =1,2, ,k )(9)则线性累积损伤理论的破坏准则[3]为:D =ðn i /N i =1(10)式中:n i 是在S i 作用下的循环次数,由载荷谱给出;N i 是在S i 作用下循环到破坏的寿命,由S-N 曲线确定㊂Miner 累积损伤理论是线性的,损伤和载荷S i ㊁载荷的作用次序以及D 无关[3]㊂叶轮低周疲劳分析的重要理论基础,计算分析通过一段载荷对叶轮造成的损伤,计算出当累计损伤达到破坏准则时经历的循环数,当循环数对应的公里数大于客户目标时认为该叶轮的低周疲劳风险较低,反之较高㊂5㊀叶轮低周疲劳计算分析叶轮低周疲劳分析以压气机叶轮离心应力分析为基础,压气机叶轮的离心应力与转速的关系为二次方关系,当计算得到一定转速下叶轮的应力后可以很方便地计算出在不同转速下,压气机叶轮的应力分布㊂在计算叶轮的疲劳寿命之前需要通过计算该叶轮在最大载荷下的应力,排除叶轮强度失效的风险,并确定最低寿命位置[4]㊂叶轮材料2618,密度ρ=2.66ˑ103kg /s ,弹性模量E =6.9ˑ104MPa ,泊松比0.31㊂根据客户提供的载荷压气机最高运行转速213400r /min ㊂叶轮的高速旋转给整个叶轮带来较大的应力,分布如图6所示㊂图6㊀压气机叶轮应力分布图7㊀叶轮叶根位置寿命图两高水性可充电电池问世锂离子电池以其高能量密度㊁高效率和低自放电率在便携式电子产品和电动汽车中占据主导地位,然而使用易燃的有机电解液所引起的严重安全问题阻碍了它的广泛应用㊂水性可充电电池由于使用了不可燃且价格低廉的水溶液(即用水作溶剂的溶液)作为电解液,不仅比锂离子电池更安全㊁成本更低也更容易制备㊂但由于受到水分解电压的限制,目前水性可充电电池的能量密度远低于锂离子电池㊂众所周知,电解液是化学电池㊁电解电容等使用的介质为它们的正常工作提供离子,并保证工作中发生的化学反应是可逆的㊂所以提高水性可充电电池的实用性,改良水溶液电解提高其电压稳定窗口,已经成为目前研究的热点㊂11月19日,南京工业大学宣布,该校吴宇平㊁付丽君教授团队设计了一种碱性/中性混合的水溶液电解液体系,研发出了高电压高能量密度水溶液混合电解液可充电电池㊂相关研究发表在国际化学领域顶级学术期刊‘先进能源材料“上㊂水性可充电电池是指用水溶液作为电解液的可充电电㊂付丽君介绍道, 水溶液的理论分解电压是1.23V,实际电池中由于存在过电势,分解电压可以达到1.5~2V,但是很难超过2V㊂而电池的能量密度与电池的电压是成正比的,电压越高能量密度也越高,而电解液的电压窗口决定了电池可达到的最大电压,因此要提高水性可充电电池的电压,首先要提高水溶液电解液的电压稳定窗口㊂我们将碱性溶液与中性溶。

基于Paris 公式的起重机金属结构疲劳寿命估算

2019/01总第515期基于Paris公式的起重机金属结构疲劳寿命估算庞瀛洲（江苏省特种设备安全监督检验研究院张家港分院，江苏张家港 215600）［摘要］为排除老旧港口门座起重机存在的安全隐患，应使用单位要求对1台门座起重机开展全面安全评估。

发现该起重机转柱腹板存在裂纹，为全面评估起重机金属结构安全性，结合应力测试技术和Paris裂纹疲劳扩展理论，计算推测了开裂腹板的剩余疲劳寿命，从而为使用单位排除安全隐患，并为其经济比选更换提出合理建议。

［关键词］门座起重机；应力测试；Paris裂纹疲劳扩展［中图分类号］TH213.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1001-554X（2019）01-0045-03Fatigue life estimation of metal structure for crane based on Paris formula PANG Ying-zhou随着进出口贸易的增长，港口门座式起重机的工作负荷也不断增加。

如果对港口门座式起重机的维护、检验不到位，轻则发生事故影响生产，重则导致人身伤亡。

随着起重机服役时间的增长，金属结构的腐蚀、变形等问题时有发生。

由于起重机金属结构的维修更换难度大、工作量多、费用高昂，因此起重机的金属结构是起重机使用安全问题的重中之重。

本单位在对某企业进行起重机定期检验过程中，发现该企业有1台门座起重机转柱腹板存在3处裂纹。

由于该起重机投入运行时间已经将近20年，期间经过数次修理，并在定期检验中发现转柱腹板出现裂纹，故而企业委托本单位对该台起重机金属结构部分进行全面检测评估。

该起重机型号为MQ40-30mA7，起重量25t 时，最大幅度为30m；起重量30.5t时，最大幅度为28m；起重量为40t时，最大幅度为22m。

本文通过数据采集仪器和应变片，采集起重机在工作循环中的应力变化，从而检测金属结构状态，并估算金属结构剩余疲劳寿命。

1 金属结构应力检测设备和起重机载荷工况检测设备主要为应变片、应变花、dewesoft数据采集仪器及其它辅助设备。