第6章--局部应力应变分析法ppt课件.ppt

机械强度与可靠性机械强度与可靠性西南交通大学电子讲义第6章 局部应力应变分析法1机械强度与可靠性机械强度与可靠性第6章 局部应力应变分析法 6.1 概述q对于应力水平较低，寿命长的情况，用应力-寿命曲线（S-N曲线）描述材料/零件的疲劳特性是恰当的q许多工程构件，在整个使用寿命期内，所经历的载荷次数并不多v 例如：压力容器若每天承受两次载荷循环，则在30年的使用期内，载荷的总循环数还不到2.5*104次v 在寿命较短的情况下，设计应力或应变水平可以高一些，以充分发挥材料的潜力这样可能使构件的某些高应力处进入塑性屈服q众所周知，对于延性较好的材料，屈服后应变的变化大，应力的变化小，因此用应变作为低周疲劳性能的控制参量比应力更好q载荷水平高（超过屈服应力）、寿命短（A，然后按迟滞回线由A-B，之后按迟滞回线升载-C 当由C点降载至D时，在B点前按以C点为原点的迟滞回线降载，降至B点后，则按照原来的变化规律，按以A点为原点的迟滞回线变化降载至D 由D点升载时，在达到A点前，按以D点为原点的迟滞回线变化 到达A点后，若继续升载，则按原来的变化规律，仍按循环应力-应变曲线的变化继续变化至E16二. 应变-寿命（-N）曲线1. 应变-寿命关系q曼森-科芬方程v 一点的总应变=弹性应变+塑性应变v 试验表明，在双对数坐标上，弹性应变、塑性应变与循环疲劳寿命的关系成一直线，可表示为：17v 在曼森-科芬方程（6-20）中：v 将式(6-20)、(6-21)和(6-22)画在同一坐标图上，得到通用斜率法的应变寿命曲线。

莫罗公式平均应力的影响 当平均应力不为0时，需考虑平均应力和平均应变的影响，必须对曼森-科芬公式进行修正：182. 获得-N曲线的方法v 常规试验法 多试样在应变控制下进行试验优点：曲线准确可靠；缺点：费用高、耗时多v 曼森四点相关法（单调拉伸试验获得的四个点的数据确定） 在应变寿命曲线的弹性线上取两点： 在应变寿命曲线的塑性线上取两点： 通用斜率法 曼森通过对29种材料的疲劳试验结果归纳出的一种方法 弹性线的斜率为-0.12，塑性线的斜率为-0.6193. 虚拟应力-寿命(a-N)曲线兰格在M-C方程基础上，提出了对高、低周疲劳都适用的关系式：206.3 计数法q将应力(载荷)-时间历程简化为一系列的全循环或半循环的过程，来计算循环个数的方法，叫作“计数法”v 单参数计数法 只记录应力（载荷）循环中的一个参数，不能给出循环的全部信息，有较大的缺陷如：峰值计数法、穿级计数法、范围计数法等）v 双参数计数法 双参数计数法记录应力或载荷循环中的两个参数由于应变循环中有两个独立变量，双参数法可以记录应力循环的全部应力，是比较好的计数法如单变程计数法、变程-对均值计数法、雨流法） 目前使用最多的是雨流法（应力-时间历程与雨滴从宝塔顶向下流动的情况相似）。

规则：重新安排应力-时间历程，以最高峰值或最低谷值（绝对值最大）为起点雨流依次从每个峰（或谷）的内侧向下流，在下一个峰（或谷）处落下，直到对面有一个比其起点更高的峰值（或更低的谷值）停止当雨流遇到来自上面屋顶流下的雨流时，即行停止取出所有的全循环，记录幅值和均值21 以最高峰值或最低谷值为起点重新安排应力-时间历程 旋转90度22第1个雨流:从最高点a开始向下流动，到 b后落至b，再从b点流到d点，然后下落；第2个雨流:b内侧开始 - c 落下，由于d 点谷值比b的谷值为低，故c点的雨流停止于d点对侧的对应处这表示c点下落的雨流不能构成一个完整的循环第3个雨流自c点内侧开始，流到b后遇到上面的雨流abbd，故停止在b；bc与cb构成一个全循环bcb；第4个雨流自d 点内侧开始，向下流到e点后下落到e点，再流到i点下落；第5个雨流自e点起始，向下流到f点以后，下落到f 点，再向下流到h点下落；23第6个雨流:自f内侧开始 ，向下流到g 点后下落由于h 点谷值比f点低，故g点的雨流停止于h点对侧的对应处这表示g点下落的雨流不构成一个完整的循环第7个雨流自g点内侧开始，向下流到f处，遇到雨流effh，故停止在f，取出全循环fgf；第8个雨流自h 点内侧开始，向下流到e点后,遇到雨流deei，停止于e，取出全循环effhee；abbd与 deei组成全循环abbd deeI,取出abbdeeI;至此，已对全部的应力-时间历程进行了循环个数的计数，形成如图6-10（d）所示的4个全循环。

24至此，已对全部的应力-时间历程进行了循环个数的计数，形成如图6-10（d）所示的4个全循环bcb;fgf；effhe；abbdeeI256.4 用局部应力应变法估算疲劳寿命一. 流程名义应力历程(载荷历程)缺口局部应力应变累计损伤计算疲劳寿命计算材料循环 - 曲线有限元法、工程近似法、 -曲线法材料 -N曲线循环计数（雨流法）26一. 常幅载荷下疲劳寿命估算关键问题:确定危险区的应变值,用应变-寿命曲线得到Nf1. 确定危险部位的局部应变v 弹塑性有限元法（有限元计算，精度高，计算工作量大）v 标定曲线法（一种试验法）v 诺伯法v 修正的诺伯法2.计算损伤和寿命v M-C公式（曼森-科芬公式）v 道林损伤公式v 兰德拉夫公式v 赵少卞公式3.累计损伤计算4.安全使用寿命27标定曲线法q在模拟试件的缺口根部贴上电阻应变片，测出循环稳定后的载荷幅值与应变幅值之间的关系迟滞回线顶点的连线即为载荷-应变标定曲线）q根据载荷-应变标定曲线，将载荷时间历程转化为局部应变-时间历程q根据循环应力-应变曲线，由局部应变-时间历程得出局部应力-时间历程q画出局部应力应变响应图q利用损伤理论计算损伤寿命。

28诺伯法（估算名义应力与局部应变的关系）对具体的承载缺口试件，Kt是定值，如果名义应力S大小给定，则式（3-36）右端为常数给定一系列的名义应力和应变，可得到一系列双曲线（诺伯双曲线）与应力-应变曲线或迟滞回线的交点坐标，对应给定名义应力下的局部应力和局部应变29修正的诺伯法30M-C公式(曼森-科芬公式)31道林(Dowling)公式32兰德拉夫(Landgraf)公式33赵少汴等人提出的计算公式34累积损伤计算35安全使用寿命36二、变幅载荷下疲劳寿命的估算寿命估算方法与常幅载荷基本相同，不同点为：v名义应力或载荷随时间变化v缺口局部应力和应变也随时间变化采用载荷-应变标定曲线法，将名义应力历程转化为随时间变化的应变历程）v需要进行循环计数分析v将应力-应变曲线代入应变-寿命曲线，用累积损伤分析方法计算疲劳寿命与安全寿命37机械强度与可靠性机械强度与可靠性第6章 局部应力应变分析法 6.5 例 题q例题6-1 有一零件，用应变片测得其危险截面循环稳定以后的载荷-应变标定曲线如下所示已知零件材料为45#钢，正火状态，载荷为P=1200N，脉动循环，试估算疲劳寿命。