基于疲劳损伤累积理论的零件疲劳寿命评估
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１ 疲劳 损伤 累积理 论简 介
循环次数和寿命 Ⅳ的比值 ， （ Ｎ） ． ／ ＝１
—
取单位载荷历程 内 ０ 的作用次数为 ， １ 为 ＂ ｉ
各应 力 水平 在单 位 载荷 历 程 内的 总循环 次 数 ， 由于单 位 载荷 历程 内的循 环 比 ／ 是可 用 载荷谱 来 测定
．
６ ０Ｘ ２ｌ （ ＋３Ｇ ． ． ４ ． ６ ｌ ７ ｉ ）
式 中 ： 尺 寸 系数 ； 为 表 面状 态 系数 ； 为平 面 ￡为 应力 断裂 因子 ； 为 非对 称循环 应力 的折 算 系数 。 将 表 １ 的数 值代 人式 （） 中 ４得 ， 于表 ２ 列 。 表２ 非 对称循环应力 计算值
６ ＝０ ＋ 石 ＋ ０ － ｖ －
一
某 车间 ５ｔ 重 设 备上 的 吊钩采 用 ４ 松 螺纹 连 起 ５ 接， 吊钩材 料 为 ３ 调质 钢 ， ５ 每天操 作 过程见 表 ｌ 。
表 １ 名 义应 力 与 循 环 次数
Ｏｉ ＭＰ ＂／ ａ １Ｏ ８ ｌ０ ５ １０ ２ ９ ０
王思伟 ， 高
（ 中船重＿ Ｔ第七一。研 究所 ， 湖北
频
宜昌 ４ ３０） ４ ０ ３
【 摘
要 】 文中基 于疲 劳累积理论 ， 介绍 了变幅应力作用下疲 劳寿命的评估方法 ， 对工程 实践 中关键零部件在 并针
变幅 交 变 力的 作 用 下 易 出现 的 疲 劳破 坏 进 行 了讨 论 ； 并应 用 实例 说 明 了其 评 估 过 程 。
第 １ （ 第 １９ ） 期 总 １期
Ｎｏ１ Ｓ ．（ ＵＭ ．１ ） Ｎｏ１ ９
机 械 管 理 开 发
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥ ＭＥＮ Ｔ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ ＭＥ ０Ｐ ＮＴ
２ １ ２月 ０１ 年
Ｆ ｂ２ １ ｅ ＿０ ｌ
基于疲劳损伤累积理论的零件疲劳寿命评估
的 已 知值 ， ｎ Ｎ［ 值 为 已知 ； 由 （ ） 可 求 出疲 劳 即 Ｊ Ｌ 则 ３式 寿命 ～ 的值 。
３ 实例 说 明
疲 劳损 伤 是 一 积 累损 伤 的过 程 。 理论 上 ， 零 件 若 仅 在 一个应 力 作用 下循 环 加载 时可 直接 应 用 一～ 曲 线来计算零件 的寿命 ； 同时存在多个应力循环加载 若 时 ， 很 难 确 定 其 联 合 作 用 的 效 果 ， 无 法 直 接 用 就 也 盯 一Ｎ 曲线 来 计 算 零 件 的寿命 。对 于 上 述 问 题 ， 计 设 人 员 可借 助 疲 劳 损 伤 累积 理 论 来 解决 。该 理 论 认 为 零 件在 变 幅应 力 的循 环 作用 下 ， 料 承 受变 应 力 接近 材 或 大 于疲 劳极 限 时 ， 每个 循 环 都使 材 料 内部 产 生 一定 的损 伤 ， 逐 步积 累 ， 且 当损 伤 累积 到临界 值 时就会 出现 破坏 现象 。 ２ 疲 劳寿命 的评估 川 设备零部件在变幅应力作用下应用疲劳损伤累积 理论 进行 寿命评估 时 ， 注意 以下几 个 问题 ： 应 １ 零 部 件 的 寿命 评 估 是 指 盯 ） 一Ｎ 曲 线 的 有 限寿 命 段 的评估 ；） ２ 当疲 劳 寿命 Ｎ １ ， ＜ ０时 将变 幅应 力 视 为静 应 力 处 理 ； ） 力 水 平 ＜ ．ｘ０ 的计 算 应 力 ３应 ０ ７ － 对 疲 劳损伤 不影 响 ， 不计 人 。 可 平面应力下 ， 常用的疲劳寿命评估方法是把多 向 应 力 转化 为 单 向应 力后 ， 利用 单 向稳 定 变应 力 进 行 疲 劳寿命 评 估 。其 转 化方 法 多采 用 变 形 能强 度理 论 ， 当 量 平均应 力 ０ － 和 当量 应力 幅 ０ － 为 ：
随着 工业 技 术 的不 断 发 展 ， 型工 程 设 备 的应 用 新
应 力 单 独 作用 下 材料 的疲劳 寿命 ； ｉ 为 的总 １／ Ｎ
越来越多 ， 然而 ， 在使用过程 中， 某些部件或零件常会 出现断裂的现象 ， 其主要原因是在工作过程 中受到 了 交 变应 力 的影 响 。 因此 ， 于疲 劳损 伤累 积 的理 论 ， 基 讨 论 了变 幅应力 作用 下零 件疲 劳寿 命 的评估 方法 。
行 ｆ
１Ｏ ８ ２
．
ｔＯ ．ｘ１
６ｆ ｉ Ｎ
０． １
备注
值是依 据 求得 的 ， 值， 通过查 ～ Ｎ 疲劳
曲线 获 得 。
ｌＯ ５
５
９
４ ｏ７ ０ ．
３ ０５ ２ ．
１４ ０
ｌ ０
Ｏ２ ． ５
【 关键词 】 疲 劳损伤 累积理论 ； 变幅应力； 评估 【 中图分 类号】 Ｔ Ｉ１ Ｇ ｌ． ８ 【 文献标 识码 】 Ａ 【 编号】 １ ３ ７３ （０ １０— １３０ 文章 ０ —７Ｘ ２ １）１００— ２ ０
式 中 ： 为 名义 应力 作用 的总循 环次 数 ； 为计算
／ 次数 一 ２
５
９
４
由 于 吊 钩 在 工 作 时 党 脉 动 应 力 作 用 ， 据 非 对 称 根
循 环 应力 的计算 方 法 ， 资料 ： ０８ ， 为 ｏ８ ， 查 ￡为 ． ４ ． ５
为 ３ ， 为 ０３ 得 ： ． ６ ．，
＝
南
孤 １ Ｆ
３ ． ４× ８
０．５ ４
√ ——————■■ —————一
１Ｏ ２
式 中 ：＂ 、 ０ Ｉ
、 ／ 为三个 互 相垂 直 方 向上 的平 均应 ＂ ０。
９ ０
４
２ ０４ ４ ． ２５ ６ ．ｘ１ ｏ
０． ２
力 ； ａ 、＂ 、 ａ为 主应 力 幅。 ＂ ０１ Ｏ２ ０３ ａ ＂ 有 了这 两 个 当量 应 力 后 ， 可 根 据 材 料 的 一Ｎ 便
曲线来评估疲劳 寿命 。为便于计算 ， 先对 Ｍ ｎｒ 论 ｉ 理 ｅ 作简单的变换。令总寿命为 Ｎ ：
循环次数和寿命 Ⅳ的比值 ， （ Ｎ） ． ／ ＝１
—
取单位载荷历程 内 ０ 的作用次数为 ， １ 为 ＂ ｉ
各应 力 水平 在单 位 载荷 历 程 内的 总循环 次 数 ， 由于单 位 载荷 历程 内的循 环 比 ／ 是可 用 载荷谱 来 测定
．
６ ０Ｘ ２ｌ （ ＋３Ｇ ． ． ４ ． ６ ｌ ７ ｉ ）
式 中 ： 尺 寸 系数 ； 为 表 面状 态 系数 ； 为平 面 ￡为 应力 断裂 因子 ； 为 非对 称循环 应力 的折 算 系数 。 将 表 １ 的数 值代 人式 （） 中 ４得 ， 于表 ２ 列 。 表２ 非 对称循环应力 计算值
６ ＝０ ＋ 石 ＋ ０ － ｖ －
一
某 车间 ５ｔ 重 设 备上 的 吊钩采 用 ４ 松 螺纹 连 起 ５ 接， 吊钩材 料 为 ３ 调质 钢 ， ５ 每天操 作 过程见 表 ｌ 。
表 １ 名 义应 力 与 循 环 次数
Ｏｉ ＭＰ ＂／ ａ １Ｏ ８ ｌ０ ５ １０ ２ ９ ０
王思伟 ， 高
（ 中船重＿ Ｔ第七一。研 究所 ， 湖北
频
宜昌 ４ ３０） ４ ０ ３
【 摘
要 】 文中基 于疲 劳累积理论 ， 介绍 了变幅应力作用下疲 劳寿命的评估方法 ， 对工程 实践 中关键零部件在 并针
变幅 交 变 力的 作 用 下 易 出现 的 疲 劳破 坏 进 行 了讨 论 ； 并应 用 实例 说 明 了其 评 估 过 程 。
第 １ （ 第 １９ ） 期 总 １期
Ｎｏ１ Ｓ ．（ ＵＭ ．１ ） Ｎｏ１ ９
机 械 管 理 开 发
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥ ＭＥＮ Ｔ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ ＭＥ ０Ｐ ＮＴ
２ １ ２月 ０１ 年
Ｆ ｂ２ １ ｅ ＿０ ｌ
基于疲劳损伤累积理论的零件疲劳寿命评估
的 已 知值 ， ｎ Ｎ［ 值 为 已知 ； 由 （ ） 可 求 出疲 劳 即 Ｊ Ｌ 则 ３式 寿命 ～ 的值 。
３ 实例 说 明
疲 劳损 伤 是 一 积 累损 伤 的过 程 。 理论 上 ， 零 件 若 仅 在 一个应 力 作用 下循 环 加载 时可 直接 应 用 一～ 曲 线来计算零件 的寿命 ； 同时存在多个应力循环加载 若 时 ， 很 难 确 定 其 联 合 作 用 的 效 果 ， 无 法 直 接 用 就 也 盯 一Ｎ 曲线 来 计 算 零 件 的寿命 。对 于 上 述 问 题 ， 计 设 人 员 可借 助 疲 劳 损 伤 累积 理 论 来 解决 。该 理 论 认 为 零 件在 变 幅应 力 的循 环 作用 下 ， 料 承 受变 应 力 接近 材 或 大 于疲 劳极 限 时 ， 每个 循 环 都使 材 料 内部 产 生 一定 的损 伤 ， 逐 步积 累 ， 且 当损 伤 累积 到临界 值 时就会 出现 破坏 现象 。 ２ 疲 劳寿命 的评估 川 设备零部件在变幅应力作用下应用疲劳损伤累积 理论 进行 寿命评估 时 ， 注意 以下几 个 问题 ： 应 １ 零 部 件 的 寿命 评 估 是 指 盯 ） 一Ｎ 曲 线 的 有 限寿 命 段 的评估 ；） ２ 当疲 劳 寿命 Ｎ １ ， ＜ ０时 将变 幅应 力 视 为静 应 力 处 理 ； ） 力 水 平 ＜ ．ｘ０ 的计 算 应 力 ３应 ０ ７ － 对 疲 劳损伤 不影 响 ， 不计 人 。 可 平面应力下 ， 常用的疲劳寿命评估方法是把多 向 应 力 转化 为 单 向应 力后 ， 利用 单 向稳 定 变应 力 进 行 疲 劳寿命 评 估 。其 转 化方 法 多采 用 变 形 能强 度理 论 ， 当 量 平均应 力 ０ － 和 当量 应力 幅 ０ － 为 ：
随着 工业 技 术 的不 断 发 展 ， 型工 程 设 备 的应 用 新
应 力 单 独 作用 下 材料 的疲劳 寿命 ； ｉ 为 的总 １／ Ｎ
越来越多 ， 然而 ， 在使用过程 中， 某些部件或零件常会 出现断裂的现象 ， 其主要原因是在工作过程 中受到 了 交 变应 力 的影 响 。 因此 ， 于疲 劳损 伤累 积 的理 论 ， 基 讨 论 了变 幅应力 作用 下零 件疲 劳寿 命 的评估 方法 。
行 ｆ
１Ｏ ８ ２
．
ｔＯ ．ｘ１
６ｆ ｉ Ｎ
０． １
备注
值是依 据 求得 的 ， 值， 通过查 ～ Ｎ 疲劳
曲线 获 得 。
ｌＯ ５
５
９
４ ｏ７ ０ ．
３ ０５ ２ ．
１４ ０
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Ｏ２ ． ５
【 关键词 】 疲 劳损伤 累积理论 ； 变幅应力； 评估 【 中图分 类号】 Ｔ Ｉ１ Ｇ ｌ． ８ 【 文献标 识码 】 Ａ 【 编号】 １ ３ ７３ （０ １０— １３０ 文章 ０ —７Ｘ ２ １）１００— ２ ０
式 中 ： 为 名义 应力 作用 的总循 环次 数 ； 为计算
／ 次数 一 ２
５
９
４
由 于 吊 钩 在 工 作 时 党 脉 动 应 力 作 用 ， 据 非 对 称 根
循 环 应力 的计算 方 法 ， 资料 ： ０８ ， 为 ｏ８ ， 查 ￡为 ． ４ ． ５
为 ３ ， 为 ０３ 得 ： ． ６ ．，
＝
南
孤 １ Ｆ
３ ． ４× ８
０．５ ４
√ ——————■■ —————一
１Ｏ ２
式 中 ：＂ 、 ０ Ｉ
、 ／ 为三个 互 相垂 直 方 向上 的平 均应 ＂ ０。
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４
２ ０４ ４ ． ２５ ６ ．ｘ１ ｏ
０． ２
力 ； ａ 、＂ 、 ａ为 主应 力 幅。 ＂ ０１ Ｏ２ ０３ ａ ＂ 有 了这 两 个 当量 应 力 后 ， 可 根 据 材 料 的 一Ｎ 便
曲线来评估疲劳 寿命 。为便于计算 ， 先对 Ｍ ｎｒ 论 ｉ 理 ｅ 作简单的变换。令总寿命为 Ｎ ：