疲劳强度系数

第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。

这种现象称为疲劳破坏。

疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。

金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。

随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。

近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。

疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。

金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。

但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。

据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。

因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。

疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。

这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。

因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。

一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。

疲劳强度系数和疲劳强度指数疲劳强度系数和疲劳强度指数是研究材料疲劳性能的重要指标。

在工程应用中，了解材料的疲劳强度系数和疲劳强度指数可以帮助工程师评估材料的疲劳寿命和可靠性，从而合理设计和使用材料，避免由于疲劳引起的事故和损失。

疲劳是指材料在交变或周期加载下发生的破坏。

相对于静态加载，疲劳加载是更加复杂和危险的情况，因为疲劳加载会导致材料的逐渐损伤和失效，而不是突然发生破坏。

因此，研究材料的疲劳性能对于工程实践具有重要意义。

疲劳强度系数是材料疲劳强度的一个重要参数。

疲劳强度系数表示材料在特定条件下的疲劳强度与其静态强度之间的比值。

疲劳强度系数越大，说明材料的疲劳寿命越长，疲劳强度越高。

疲劳强度系数可以通过疲劳试验获得，常用的试验方法有拉伸-压缩疲劳试验、弯曲疲劳试验等。

疲劳强度指数是另一个用于评估材料疲劳性能的指标。

疲劳强度指数表示材料的疲劳强度与其静态强度之间的比值的对数。

疲劳强度指数是通过对疲劳试验数据进行统计分析得到的，常用的统计方法有Weibull分布、正态分布等。

疲劳强度指数越大，说明材料的疲劳寿命越长，疲劳强度越高。

疲劳强度系数和疲劳强度指数是描述材料疲劳性能的两个重要参数，它们可以用于评估材料的疲劳寿命和可靠性。

在材料设计和选择中，工程师通常会比较不同材料的疲劳强度系数和疲劳强度指数，选择具有较高数值的材料，以确保其在实际使用中具有较长的疲劳寿命。

此外，疲劳强度系数和疲劳强度指数还可以用于评估材料的疲劳性能随时间和温度的变化规律，为工程实践提供科学依据。

疲劳强度系数和疲劳强度指数是研究材料疲劳性能的重要指标。

通过了解材料的疲劳强度系数和疲劳强度指数，可以评估材料的疲劳寿命和可靠性，帮助工程师合理设计和使用材料，避免由于疲劳引起的事故和损失。

因此，研究和应用疲劳强度系数和疲劳强度指数在材料工程领域具有重要意义。

摘要：零件的疲劳强度是一个值得深刻探讨的问题，在众多领域有着至关重要的地位，零件的疲劳强度决定了其疲劳寿命，也就决定了对零件的选择和对这个器件的设计。

本论文在参考多方资料，以及在平日学习中积累总结的经验之后，对零件疲劳强度的计算有了一些结论，得出影响导致零件疲劳的原因有破坏应力与循环次数之间量的变化影响，静应力的影响，应力集中的影响，零件绝对尺寸的影响，表面状态与强化的影响等方面。

在分析零件疲劳产生原因之后，得出许多关系变化图与计算方法。

运用这些计算方法，对零件疲劳极限进行了计算上的确定。

并总结出疲劳强度在一些条件下的相关计算方法，如在简单应力状态，复杂应力状态下的不同。

对疲劳强度安全系数的确定也进行了一系列分析，最后，尝试建立了疲劳强度的统计模型。

Abstract：The fatigue strength of parts is a worthy of deep discussion,have a vital role in many fields, the fatigue strength of parts determines its fatigue life, also decided on the part of the selection and the device design.This paper in reference to various data, and after the usual study accumulation experience, calculation of the fatigue strength of parts have some conclusion, that caused damage should change between force and the number of cycles of the causes of fatigue parts, the influence of static stress, effect of stress concentration, affects the absolute size, surface state and strengthening effect etc.. After the analysis of fatigue causes, draw many relationship graph and calculation method. Using the calculation method of fatigue limit, determined the calculation. And summarizes the related calculation under some conditions the method of fatigue strength, as in the simple stress state, the complex stress state under the different. Determination of the fatigue strength safety factor is also carried out a series of analysis, finally, try to establish a statistical model of fatigue strength.关键词：零件疲劳寿命疲劳强度Key word:Spare parts Fatigue life Fatigue strength目录1、疲劳强度的基本规律…………………………………………………1.1、破坏应力和循环次数之间量的关系………………………………1.2、疲劳曲线方程式……………………………………………………1.3、静应力对疲劳强度的影响………………………………………………………1.4、应力集中对疲劳强度的影响……………………………………………………1.5、零件绝对尺寸对疲劳强度的影响………………………………………………1.6、表面液态与强化对疲劳强度的影响……………………………………………2、零件疲劳极限的确定…………………………………………………2.1、试验确定……………………………………………………………2.2、计算-试验确定……………………………………………………3、疲劳强度条件…………………………………………………………3.1、简单应力状态………………………………………………………3.2、复杂应力状态………………………………………………………4、疲劳强度安全系数的确定……………………………………………4.1、安全系数的基本理论………………………………………………4.2、复杂应力状态下的疲劳强度安全系数……………………………4.3、不稳定载荷作用时疲劳强度安全系数的确定……………………5、疲劳强度的统计模型…………………………………………………6、总结……………………………………………………………………1、疲劳强度的基本规律疲劳破裂时机器零件破坏的主要原因，并且由于破裂时突然发生的，往往会造成严重的后果，因此对零件疲劳强度进行分析计算时很重要的。

疲劳强度计算一、变应力作用下机械零件的失效特征1、失效形式：疲劳（破坏）（断裂）——机械零件的断裂事故中，有80%为疲劳断裂。

2、疲劳破坏特征：1）断裂过程：①产生初始裂反（应力较大处）；②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。

2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）；②粗糙区（脆性断裂区）（图2-5）3）无明显塑性变形的脆性突然断裂4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限。

3、疲劳破坏的机理：是损伤的累笱4、影响因素：除与材料性能有关外，还与γ，应力循环次数N ，应力幅a σ主要影响 当平均应力m σ、γ一定时，a σ越小，N 越少，疲劳强度越高二、材料的疲劳曲线和极限应力图疲劳极限)(N N γλτσ—循环变应力下应力循环N 次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限疲劳寿命（N ）——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N 称为疲劳寿命1、疲劳曲线（N γσ-N 曲线）：γ一定时，材料的疲劳极限N γσ与应力循环次数N 之间关系的曲线0N —循环基数 γσ—持久极限1）有限寿命区当N <103(104)——低周循环疲劳——疲劳极限接近于屈服极限，可接静强度计算 )10(1043≥N ——高周循环疲劳，当043)10(10N N ≤≤时，N γσ随N ↑→N σσ↓2）无限寿命区，0N N ≥ γγσσ=N 不随N 增加而变化γσ——持久极限，对称循环为1-σ、1-τ，脉动循环时为0σ、0τ注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区，如图所示。

3）疲劳曲线方程))10(10(043N N ≤≤C N N m m N =⋅=⋅0γγσσ——常数∴疲劳极限：γγγσσσ⋅==N m N K NN 0 （2-9） m N NN K 0=——寿命系数 几点说明：①0N 硬度≤350HBS 钢，7010=N ，当7010=>N N 时，取7010==N N ，1=N K≥350HBS 钢，70701025,10)25~10(⨯=>⨯=N N N 时，取701025⨯==N N ，1=N K有色金属，（无水平部分），规定当71025⨯>N 时，取701025⨯==N N②m —指数与应力与材料的种类有关。