第5章零件的疲劳强度分析(补充)-学生.ppt
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滑动轴承零部件试验(Rig testing) Underwood 轴承试验(多用):偏心块调整轴承载荷 Sapphire 轴承试验:液压油调整轴承载荷 用于轴承轴承可靠性,但难以和发动机测试关联 活塞销磨损试验 要体现销座的弯曲变形 油雾和点滴泵润滑 电液伺服高频模拟销孔合力(气体力、惯性力、连杆力),保证合力方向 浮式销慢速旋转 仍难以和发动机试验关联,可考察表面粗糙度、处理度 Mahle公司的活塞销试验 右图为试验和分析的关系性 * 静强度计算 用于受静载零件和不太重要受变载零件 可用于对受变载荷零件的初步计算。 静载下零件失效(failure)形式:⑴屈服 ⑵断裂 (脆性或者韧性断裂) 第一强度理论:最大拉应力(最大主应力):用于脆性金属,如铸铁 第三强度理论:最大剪应力:塑性材料,屈雷斯加应力( Tresca) 第四强度理论:歪形能理论,米塞斯应力( von mises) 疲劳强度计算 疲劳破坏:零件在变应力下的失效 金属材料的疲劳极限远小于强度极限,约1/3左右 45钢 σ-1=260MPa, σb=600MPa 疲劳破坏没有明显的塑性变形,疲劳断口的典型形貌特征 断口分析:电镜扫描(SEM)+能谱分析(EDS) 疲劳强度计算 S-N曲线 Goodman曲线(Goodman-Simth,Haigh图) 雨流计数法 Miner准则 零件的载荷谱和应力谱 动态应变仪可测量零件应力历程 有限元分析可计算零件应力历程 如何计算疲劳强度?? 简单应力循环(对称和脉动) 最大应力,最小应力(应力幅、平均应力,应力比) 随机应力循环 随机应力和简单应力的如何等效? S-N曲线 S-N曲线:对称循环应力下的试验,疲劳主要取决于应力循环次数,受应力波形、频率影响不大, 有限寿命和无限寿命: 钢:107 次:无限寿命 铝:人为指定,如2X107 或5X107 材料的疲劳极限 一定的循环特征(应力比R=-1,或R=0 ),一定的循环次数(钢107,铝要指定)下的最大应力(对R=-1来说就是应力幅) 材料疲劳强度的估算 高周疲劳和低周疲劳 低周疲劳、高周疲劳、安全寿命 高周疲劳:S-N曲线 低周:e-N曲线 疲劳计算 如平均应力不为0,修正S—N曲线 (Smith、Goodman、Goodman-Smith、Haigh、等寿命曲线等) 左Smith图纵坐标:σmax, σmax 右图纵坐标:σa 含平均应力的疲劳极限图的简化形式 Gerber抛物线公式 Goodman直线公式,偏保守,简单,最常用 其他公式(折线) Goodman-Smith、Haigh曲线 QT800的疲劳极限图 以平均应力为横坐标,最大应力(=平均应力+应力幅)为纵坐标得点L,从原点过L作直线交于点F,得安全系数。 直线斜率k一定,则R一定。 用的是同一R下,应力幅比值。 问题:疲劳极限多是弯曲试验得到,拉压,扭转疲劳极限是不同的,非弯曲受载应用该弯曲疲劳极限图不合理。 注意:安全系数有不同的定义方法 大应变低周疲劳寿命主要由应变控制(e-N曲线) 影响疲劳强度的因素 多种载荷下的疲劳寿命(S-N曲线的应用) 疲劳损伤线性累积(Miner法则) 复杂载荷的处理 疲劳主要取决于最大、最小应力(应力幅和平均应力),应力循环的次数。波形、频率对疲劳影响较小(正弦和三角波差别不大) 平均应力为零的正弦应力:S-N曲线 平均应力不为零的正弦应力:Goodman图 多个正弦应力的作用:Miner准则 任意的应力循环(随机载荷)怎样应用? 复杂载荷的处理——载荷计数 随机疲劳载荷等效处理——载荷计数(循环次数) 各种计数方法:峰值计数、幅值计数、雨流计数 雨流计数法最常用 雨流计数 疲劳试验 0、整机试验复杂,成本高,优先零部件试验 1、零部件试验中,真实载荷复杂,难以施加。可施加根据载荷计数的得到的等效载荷,多为正弦载荷。计数组的个数、载荷施加顺序、载荷施加频率对试验结果是有影响的 2、摩托车和汽车的道路模拟试验机。能再现整车受到的实际载荷,还能滤掉对疲劳影响很小的载荷(如107),加速疲劳试验进程 3、摩托车和汽车的在试车场进行耐久试验。试车场包含了可能遇到的典型路面:大正弦路、比利时路、搓板路 4、本田摩托(上海研究所)的100米“典型路面”测量路谱,得到载荷谱,然后进行耐久试验? 5、如果把试车场的耐久试验和实际应用中10万公里关联? 4通道轮胎耦合道路模拟试验机(4-poster) MTS和Instron 电液
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