機械構(gòu)件的致命殺手是什么？弄懂這一點至關(guān)重要！

疲勞是一切工程機械的一個致命殺手。這里所說的工程機械包括天上飛的飛機，地上跑的火車、汽車與坦克，海上駛的輪船、潛水艇，以及核電站、離心機、汽輪機葉片等等。根據(jù)資料統(tǒng)計，機械零件（如像車軸、曲軸、連桿、齒輪、彈簧、螺栓）破壞的50%～90%均為疲勞破壞。

疲勞破壞是指在遠(yuǎn)低于材料強度極限甚至屈服極限的交變應(yīng)力作用下，材料發(fā)生破壞的現(xiàn)象。

1 . 疲勞的定義：

材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。

2. 變動載荷和變動應(yīng)力：

變動載荷：指大小或方向隨著時間變化的載荷。

變動應(yīng)力：變動載荷在單位面積上的平均值。

分為：規(guī)則周期變動應(yīng)力和無規(guī)則隨機變動應(yīng)力。

3.  循環(huán)載荷(應(yīng)力)的表征：

①最大循環(huán)應(yīng)力：σmax；

②最小循環(huán)應(yīng)力：σmin；

③平均應(yīng)力：σm=(σmax +σmin)/2；

④應(yīng)力幅σa或應(yīng)力范圍Δσ:Δσ=σmax-σmin  σa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2

⑤應(yīng)力比(或稱循環(huán)應(yīng)力特征系數(shù))：r= σmin/σmax4（循環(huán)應(yīng)力分類按平均應(yīng)力、應(yīng)力幅、應(yīng)力比的不同，循環(huán)應(yīng)力分為① 對稱循環(huán)σm=(σmax + σmin)/2=0，r=-1屬于此類的有：大多數(shù)旋轉(zhuǎn)軸類零件。② 不對稱循環(huán)，σm≠0如：發(fā)動機連桿、螺栓(a)σa> σm>0，-1）

根據(jù)循環(huán)荷載的幅值和頻率，疲勞可以分為等幅疲勞、變幅疲勞和隨機疲勞;根據(jù)材料破壞前所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)(即壽命)以及疲勞荷載的應(yīng)力水平，疲勞又可以分為高周疲勞、低周疲勞和亞臨界疲勞。按應(yīng)力狀態(tài)可分為：彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞、復(fù)合疲勞；按應(yīng)力大小和斷裂壽命可分為：N>105，б<бs高周疲勞→低應(yīng)力疲勞；N=102~105，б≥бs低周疲勞→高應(yīng)力疲勞。

疲勞破壞的表征—疲勞壽命

疲勞壽命：材料疲勞失效前的工作時間，即循環(huán)次數(shù)N。

疲勞曲線：應(yīng)力б↑，N↓

疲勞極限：指定基數(shù)下的中值疲勞強度，對當(dāng)循環(huán)基數(shù)為其他值時，稱為該循環(huán)基數(shù)下的條件疲勞極限，有時簡稱為該循環(huán)基數(shù)下的疲勞強度。

疲勞累積損傷：譜荷載下疲勞損傷的積累。線性損傷時常用循環(huán)比的和表示，即D= ΣCi，其中Ci為第i級應(yīng)力水平下的循環(huán)比。

疲勞破壞準(zhǔn)則：疲勞破壞時應(yīng)力空間或應(yīng)變空間破壞包絡(luò)面的數(shù)學(xué)表達(dá)式?？晒┕こ讨衅谟嬎惴治鰰r使用，但它不解決對疲勞破壞的物理和力學(xué)機理的認(rèn)識。

疲勞斷口的宏觀特征

典型疲勞斷口具有3個特征區(qū)：疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)、瞬斷區(qū)。

1、疲勞源疲勞裂紋萌生區(qū)

多出現(xiàn)在零件表面，與加工刀痕、缺口、裂紋、蝕坑等相連。特征：光亮，因為疲勞源區(qū)裂紋表面受反復(fù)擠壓、摩擦次數(shù)多。疲勞源可以是一個，也可以有多個，如：單向彎曲，只有一個疲勞源；雙向彎曲，可出現(xiàn)兩個疲勞源。

2、疲勞裂紋擴展區(qū)(亞臨界擴展區(qū))

特征：斷口較光滑并分布有貝紋線或裂紋擴展臺階。

貝紋線是疲勞區(qū)最典型的特征，是一簇以疲勞源為圓心的平行弧線,凹側(cè)指向疲勞源，凸側(cè)指向裂紋擴展方向，近疲勞源區(qū)貝紋線較細(xì)密(裂紋擴展較慢)，遠(yuǎn)疲勞源區(qū)貝紋線較稀疏、粗糙(裂紋擴展較快)。

貝紋線區(qū)的大小取決于過載程度及材料的韌性，高名義應(yīng)力或材料韌性較差時，貝紋線區(qū)不明顯；反之，低名義應(yīng)力或高韌性材料，貝紋線粗且明顯，范圍大。

名義載荷：根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出作用在零件上的載荷。即機器平穩(wěn)工作條件下作用于零件上的載荷。計算載荷=載荷系數(shù)*名義載荷。

3、瞬斷區(qū)

裂紋失穩(wěn)擴展形成的區(qū)域

斷口特征：斷口粗糙，脆性材料斷口呈結(jié)晶狀；韌性材料斷口在心部平面應(yīng)變區(qū)呈放射狀或人字紋狀；表面平面應(yīng)力區(qū)則有剪切唇區(qū)存在。

瞬斷區(qū)一般在疲勞源對側(cè)

瞬斷區(qū)大小與名義應(yīng)力、材料性質(zhì)有關(guān)。高名義應(yīng)力或脆性材料，瞬斷區(qū)大；反之，瞬斷區(qū)小。

fesafe軟件分析隨機振動疲勞的具體設(shè)置過程為：

1.  在abaqus里搭建模型、創(chuàng)建屬性、對模型進行模態(tài)和掃頻分析，然后輸出ODB結(jié)果；

2. 將計算完的ODB結(jié)果導(dǎo)入fesafe軟件中，并輸入PSD曲線和材料SN曲線，求解部件的壽命和損傷。

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