《疲劳强度设计》教学大纲

《疲劳强度设计》教学大纲

课程编码：08241026

课程名称：疲劳强度设计

英文名称：Design of Fatiligue Strength

开课学期：第7学期

学时/学分：总学时/学分(30 /1.5) 讲课学时30（其中实验学时：）

课程类型：专业选修课

开课专业：机械科学与工程学院工程力学专业

选用教材：疲劳强度徐灏编高等教育出版社 1990

主要参考书：

1.结构疲劳强度吴富民编西北工业大学出版社 1985

2.疲劳理论与设计张理苏编吉林工业大学 1985

3.疲劳强度设计徐灏编高等教育出版社 2000

4.结构疲劳强度设计与失效分析王学颜宋广惠编兵器工业出版社 1992

5.疲劳设计准则 [英]T.V达根等著国防工业出版社1982

6.结构中的断裂与疲劳控制 [美]罗尔夫等著机械工业出版社1985

执笔人：聂毓琴

一、课程性质、目的与任务

疲劳强度设计是一门新兴的边缘学科。它涉及材料，力学和设计三个学科领域。

飞机，船舶，汽车，矿山机械，冶金机械，动力机械，起重运输机械，石油钻进设备，以及铁路桥梁等，其主要零件和结构件，大多在循环变化的载荷作用下工作，疲劳是其主要的是失效形式。因此，疲劳强度对于设计各类承受循环载荷的机械和结构，成为重要的研究内容。

进行疲劳强度设计，需要有材料的疲劳性能数据。但有时虽然认为选择了合适的材料，制成零件后，使用中仍有可能发生意外的疲劳断裂事故。这可能是由于设计者在某方面的疏忽，或偶然的过载，或零件制成后使用条件有了改变所致。这些现象都说明，材料的疲劳强度不等于零件的疲劳强度，所以设计理论是重要的。

通过本课程的学习，能够对构件的强度疲劳问题具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。

二、教学基本要求：

通过本课程的学习，能够对构件的强度疲劳问题具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。熟练掌握各章节的主要内容：

1. 材料的疲劳性能，材料的循环特性曲线构件的无限寿命设计；

2. 构件的无限寿命设计，累积损伤的寿命设计，累积损伤理论；

3. 构件的有限寿命设计，材料疲劳裂纹的扩展性能，件的破损-----安全设计；

4. 低周疲劳设计，局部应变集中方法，构件的疲劳强度可靠性设；

5. 随机疲劳强度，腐蚀疲劳。

三、各章节内容及学时分配

第一章绪论（2学时）

教学目的与要求

1.了解疲劳强度在工业中的地位，疲劳强度发展史，疲劳的分类；

2.明确疲劳破坏的三个阶段，疲劳断口。

教学内容

疲劳强度在工业中的地位，疲劳强度发展史，疲劳的分类，疲劳破坏的三个阶段，疲劳断口。

第二章金属的循环应力和应变（2学时）

教学目的与要求

1.了解循环硬化和软化；

2.理解循环加载的迟滞回线，循环应力-应变曲线的测试方法，金属循环应变机理。

教学内容

循环加载的迟滞回线，循环硬化和软化，循环应力-应变曲线的测试方法，金属循环应变机理。

第三章疲劳图（2学时）

教学目的与要求

1.理解材料的S-N曲线，频率曲线和概率密度函数，统计分析的基础知识，正态分布；

2.掌握P-S-N曲线，

3.熟练掌握疲劳极限图，以及相关寿命曲线图。

教学内容

材料的S-N曲线，频率曲线和概率密度函数，统计分析的基础知识，正态分布；P-S-N 曲线，疲劳极限图，等寿命曲线图。

第四章疲劳积累损伤理论（2学时）

教学目的与要求

1．了解疲劳损伤的概念，

2．熟练掌握线性疲劳累积损伤理论，

3．掌握非线性疲劳累积损伤理论，

4．明确双线性疲劳累积损伤理论。

疲劳损伤的概念，线性疲劳累积损伤理论，非线性疲劳累积损伤理论，双线性疲劳累积损伤理论。

第五章影响疲劳强度的因素（2学时）

教学目的与要求

1. 理解应力集中；

2. 了解应变集中的影响，包括尺寸的影响，表面加工情况的影响，载荷频率的影响，工

作应力波形的影响。

教学内容

应力集中和应变集中的影响，尺寸的影响，表面加工情况的影响，载荷频率的影响，工作应力波形的影响。

第六章疲劳试验（2学时）

教学目的与要求

1. 了解高周疲劳试验；

2. 掌握S-N曲线；

3. 掌握高周疲劳试验方法；

4. 低周疲劳试验；

5. 明确掌握带过渡圆弧的试样应变幅度的修正；

6. 掌握低周疲劳试验方法；

7. 明确掌握径向应变与轴向应变的转换；

8. 了解裂纹扩展试验；

教学内容

高周疲劳试验，S-N曲线，低周疲劳试验，带过渡圆弧的试样应变幅度的修正，径向应变与轴向应变的转换，裂纹扩展试验。

第七章常规疲劳强度设计（4学时）

教学目的与要求

1. 熟练掌握单向应力作用下的疲劳强度设计，

2.了解单向应力作用下的疲劳寿命估计，

3.掌握复合应力作用下的疲劳强度设计，

4.了解复合应力作用下的疲劳寿命估算。

单向应力作用下的疲劳强度设计，单向应力作用下的疲劳寿命估计，复合应力作用下的疲劳强度设计，复合应力作用下的疲劳寿命估算。

第八章随机疲劳（2学时）

教学目的与要求

1.了解随机过程，

2. 明确随机载荷的统计处理，

3. 了解随机载荷作用下的疲劳寿命估算。

教学内容

随机过程，随机载荷的统计处理，随机载荷作用下的疲劳寿命估算。

第九章局部应力-应变法估算裂纹形成寿命（2学时）

教学目的与要求

1. 了解估算疲劳寿命的两种方法，

2. 理解局部应力-应变分析，

3. 掌握应变-寿命曲线，

4. 掌握裂纹形成寿命估算和评述。

教学内容

估算疲劳寿命的两种方法，局部应力-应变分析，应变-寿命曲线，裂纹形成寿命估算和评述。

第十章断裂力学方法估算裂纹扩展寿命（2学时）

教学目的与要求

1. 了解应力强度因子和断裂韧性，

2.理解疲劳裂纹扩展速度，

3.掌握裂纹寿命估算方法，

4.熟练掌握影响裂纹扩展速度的因素。

教学内容

应力强度因子和断裂韧性，疲劳裂纹扩展速度，裂纹寿命估算方法，影响裂纹扩展速度的因素。