疲劳和断裂第十讲

nullnull第十章 疲劳寿命预测和抗疲劳 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 10.1 概述10.2 损伤容限分析中的损伤累积方法10.3 耐久性设计概述返回主目录null由于疲劳问题的复杂性和分散性，任何预测方法都只能给出统计正确的平均疲劳寿命。第十章 疲劳寿命预测和抗疲劳设计10.1 概述裂纹起始(萌生)寿命Ni： 从开始使用到出现工程可检的裂纹ai为止；裂纹扩展寿命NP： 从ai扩展到临界裂纹尺寸aC的寿命。总寿命 N= Ni + NP；null1. 关于寿命预测方法的一般要求null2. 寿命预测方法分类不考虑缺口根部或裂尖高应力区复杂情况的简单方法。例如，S-N曲线，Miner理论, Paris 或Forman的裂纹扩展公式等。考虑缺口根部或裂尖复杂情况之一部分的方法。如Neuber理论；Willenberg模型等。试图描述缺口根部或裂纹尖端真实情况的方法。如 Elber的裂纹闭合理论。利用实际谱序实验结果的方法。例如，相对Miner理论，Wheeler迟滞模型等。null3. 疲劳设计方法无限寿命设计：不萌生裂纹： SaSf 裂纹不扩展： KKth有限寿命设计：依据S-N、-N曲线和Miner理 论、相对Miner理论进行。null 不同疲劳设计方法之间相互补充、完善，以满足不同的情况、不同的要求。损伤容限设计：考虑裂纹，以检查保安全。 裂纹如何扩展？结构或构件的剩余强度如 何随裂纹扩展下降？如何确定检查周期？ 综合控制缺陷尺寸、剩余强度及检查周期。耐久性经济寿命分析： 考虑裂纹群及其扩展，考虑使用载荷下的 结构损伤状态，考虑维修经济性。 综合控制安全、功能和经济。null10.2 损伤容限分析中的损伤累积方法1. 损伤容限设计原理null目标是：以检查控制损伤的程度，保证结构安全。 关键是：随机谱下的损伤累积方法，尽可能正确 地预测结构中的损伤增长。损伤容限设计三要素为：剩余强度曲线： 用断裂力学方法分析；损伤增长曲线： 进行疲劳裂纹扩展分析；检查周期 检出能力与概率统计分析。null在任意第i个循环下， 由谱可知i和Ri，有： (da/dN)iai/Ni=f(i,ai,Ri) 注意Ni=1，可算得ai。2. 随机载荷谱下的损伤累积方法A) 逐循环直接求和法特点是：适用性广，可用于各种载荷谱；可考虑 载荷间的相互作用。但N大，计算费时。于是，裂纹尺寸和对应的循环次数为： ai=a0+ai； N=Ni 逐循环累积损伤，将给出随机谱下的a-N曲线。nullB) 线性近似数值积分法 适用于含较长等幅块的载荷谱。 基本假设是：在某段等幅循环中，裂纹扩展a内， da/dN近似保持为常数。损伤累积方法为：1 ) 由载荷谱确定载荷水平j下的 maxj、minj、Rj和Nj。2)计算 (da/dN)j=f(j , aj , Rj)3) 选取适当的a(控制精度，如a0.01a)， 计算 N=a/(da/dN)j。null4) 比较N与Nj。若N＞Nj, 则aj＜a, 满足精度。令aj=Nj(da/dN)j, aj+1=aj+aj, 返回1)。若N＜Nj, 则aj＞a, 精度不够。 取aj=a, Nj=Nj-N, aj=aj+aj, 返回2)。5) 直到 aj=ac或载荷谱结束为止。特点是：da/dN大时，一次计算较少的循环； da/dN较小时，一次可计算较多的循环。 既保持一定精度，又能节省计算时间。nullC) 龙格-库塔法 (Runge-Kutta) 利用泰勒级数构造多项式导出的一种数值积分方法。代替线性近似中求da/dN。null由此，从 n=0, 1, …, n, n+1 递推计算。特点是：精度比线性近似更好。 一次可计算更多的循环，节省计算时间。nullD) 等效应力法适于典型谱段重复作用的载荷谱。寻求一等效应力，将该谱段转换成恒幅谱。 是可调整损伤等效性的参数，与谱有关。 =2时，即通常的均方根应力。 等效应力法使计算得到极大的简化。nullE）等效损伤法由损伤等效转换方法， 寻求典型谱段的等效应力。 设典型谱段共有NL个循环，则按损伤等效 确定等效应力的方法为：1) 计算每一载荷循环下的损伤(da/dN)i。i =1~NL等效损伤法和等效应力法，简单适用。 但都是统计处理法，未考虑载荷间的影响。null 进一步研究，提出如下二个问题： 除最危险细节外，其它处的损伤如何？是否会 在多次检修后成为主要矛盾？ 如何既保证安全和功能，又提高使用、维护的 经济性？或什么时候检修既安全又经济？10.3 耐久性设计概述无限寿命、安全寿命及损伤容限设计的二个共同点： 1) 以保证结构的安全为目的。 2) 以构件最危险细节代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 整个构件的疲劳破坏。 现代大型复杂结构件，按损伤容限设计方法，是以控制检修来保证安全。null耐久性设计方法的二个最重要的发展是：null耐久性设计的研究对象: 结构中各类相同的细节(应力集中处)群。1. 耐久性设计原理耐久性：在规定期限内，结构抵抗开裂的能力。耐久性分析：随时间变化的结构损伤程度的定 量分析。经济寿命：结构使用到某一寿命时，发生了不 能经济修理的广布损伤，而不修理又可能引 起结构的使用功能问题，这一寿命就称为经 济寿命（economic life）。null耐久性设计基本概念：定量描述结构初始疲劳质量使用载荷下的裂纹扩展规律结构损伤随时间的变化。null1) 定量描述结构的初始疲劳质量(IFQ)。 --当量初始裂纹尺寸分布Fa(0)(y)。2) 使用载荷谱下的裂纹扩展曲线（SCGMC）。 --损伤演变传递 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 y=W(t, x)。3) 任一使用时刻的裂纹超过数概率 P(t, x)。 --随时间变化的结构损伤的度量。4) 评定经济寿命 Te。 判据如 P(Te, ae)Pallow。三个要素：IFQ、SCGMC 和 P(t,x)；一个判据。耐久性分析主要研究内容：null2. 耐久性分析方法简介A) 初始疲劳质量(IFQ)的确定结构采样疲劳实验( 使用载 荷谱 )null使用中，任一时刻t2的裂纹尺寸为： a(t2)=a(t1)+a(t1, t2) 或 a(t1)=W[a(t2), t2-t1] 令 t1=0, a(t1)=y； t2=t, a(t2)=x ; 则有： y=W(x,t) TTCI--为到出现尺寸为ar之裂纹的时间T(或 寿命)，一般用Weibull分布描述。反推得到EIFSD为： Fa(0)(y)=Pr(a(0)y) =Pr(TTCIT)=1-FT(T) B) 使用裂纹扩展曲线 (SCGMC)nullD) 经济寿命 Te P(Te, ae)=Pallow 依据使用经验，修理方便、保证功能，选取 Pallow ( 如美军机翼取2-5%)。C) 任意使用时刻的裂纹尺寸分布 Fa(t)(x) 和裂纹超过数概率 P(t, x)任意时刻的裂纹尺寸分布Fa(t)(x)=Pr[a(t)x]=Pr[a(0)y] =Fa(0)(y)=Fa(0)[W(x,t)] t时刻结构出现尺寸大于x之裂纹的概率则为： P(t,x)=Pr[a(t)x]=1-Pr[a(t)x]=1-Fa(0)[W(x,t)]null3. 讨论 A: 耐久性与损伤容限设计的比较 null耐久性设计的实际意义： 是结构抗疲劳断裂设计思想的一次飞跃。 null4. 耐久性经济寿命分析的三要素为：IFQ、 SCGMC和P(t,x)。 目标：既考虑使用安全又追求维修经济性。 小 结 1. 任何预测方法都只能给出统计正确的平均 疲劳寿命。 2. 不同疲劳设计方法方法相互补充、完善， 以满足不同的情况、不同的要求。3. 损伤容限设计的三要素为：剩余强度、损 伤增长和检查周期。 目标：以检查控制损伤，保证结构安全。