八个坏习惯加重疲劳

八个坏习惯加重疲劳

“累”成了越来越多人挂在嘴边的词。疲劳虽然不会危及生命,但日积月累可能演变成慢性病。近日,美国《赫芬顿邮报》刊文,根据最新研究总结出一些会加重疲劳的习惯,在此基础上,本报采访专家,教您避开疲劳“陷阱”。

不吃早餐或早餐缺“动力食物”。

碳水化合物在人体中可以转化为葡萄糖,而葡萄糖是人体最主要的能量来源,早餐少了它,一天的好精神就会缺少动力。《美国饮食协会》杂志刊登的一项研究发现,饮食中低碳水化合物的减肥者更不愿意锻炼,更容易疲劳。碳水化合物吃得不够,身体就会挪用肌肉储存的能量,最后会使新陈代谢变慢,人体感觉疲劳。因此,早餐要吃够“动力食物”。中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授范志红建议,大家可以选择富含碳水化合物的淀粉类食物,如面包、馒头、燕麦、杂粮;富含淀粉的豆类,如红豆、绿豆、豌豆;薯类如马铃薯、甘薯、山药、芋头。

甜食吃太多。

甜食是许多人充饥、解馋的常备食品,很多人没意识到它也会让人疲惫。湖北省武汉市中心医院消化内科主任吴杰说,吃完甜食后,糖分在胃肠道很容易被消化吸收,胃部血流量增多会引起脑部血流量减少,导致人犯困。甜食还可能让人长胖,人在日渐肥胖的状态中,疲劳感也会加剧。建议少吃甜食,选择坚果、酸奶、水果等食物。

东西太杂乱。

房间堆满杂物,桌上到处是文件……美国普林斯顿大学神经科学研究所研究发现,这种杂乱环境会让大脑无法集中,从而感觉疲倦。北京和易视觉国际艺术设计机构设计总监张浦枫还说,如果家里的装饰物摆得太满、摆放过于对称或整齐、同一个空间只放一类装饰物,都会给人压迫感,产生视觉疲劳。不妨每天花几分钟整理杂物,告别凌乱。

太依赖电子产品。

美国视力测定协会警告,长时间使用电脑会导致电脑视觉综合征,出现疲劳、视力模糊、头痛等症状。美国《健康》杂志则报道称,越来越多的研究显示,睡前长时间玩手机、电脑等电子产品,会让人们睡不着觉。因为多数电子产品屏幕发出的是蓝光,其波长非常接近于日光,会让人体误认为处于白昼状态,抑制褪黑激素的生成,扰乱人体生物钟。美国贝勒大学医学中心家庭医生简·萨德勒建议,夜间尤其是睡前,应尽量少使用电子产品,如需使用,也应适当调暗屏幕亮度。长时间看电脑、电视的人,建议最好每隔20分钟就对着20米处远眺。

爱喝功能饮料。

功能饮料就像一个微型能量库,似乎能迅速给身体注入活力,但这只是一时的。多数能量饮料中含有大量的糖和咖啡因,大量摄入不利健康。德国波恩大学的研究发现,功能饮料可能影响心脏的跳动方式,如果经常喝,其中的B族维生素

会刺激人体兴奋,引起紧张不安,最终让人不适。心脏不好的人最好别喝,喝时一定要限量。此外,咖啡也要少喝。

不吃肉类。

多吃蔬菜水果确实是好事,但如果完全告别肉类,身体会很辛苦。因为肉类铁含量丰富,而铁是血红蛋白的主要成分,参与体内二氧化碳和氧的运输。美国塔夫茨大学的营养学副教授珍妮弗·萨切克指出,如果体内缺铁,尤其女性,即使饮食再健康,也会感到疲劳。美国达拉斯的运动营养师默里迪恩·勒那推荐,补铁首选牛肉,铁含量丰富且易被人体吸收。此外,素食主义者在吃芸豆、菠菜等富含非血红素铁的食物时,建议同时吃些富含维生素C的食物,如橙子、草莓等。

运动过量。

北京体育大学人体运动科学系教授陆一帆说,运动过量打破了人体自身的和谐,比不运动带来的危害更大。当你在运动后出现反应能力下降、平衡感降低、肌肉弹性减小、吃不香、睡不好、抑郁、腹泻、易感冒等状态时,很有可能都是整体过度疲劳造成的。陆一帆建议,人们在运动时要循序渐进、量力而行,比如一周运动2~3次,运动一次,休息两三天,并根据年龄、身体状况等选择运动项目。

滥用处方药物。

美国疾病预防与控制中心的调查发现,约37%的人使用5个或5个以上的处方药,滥用情况严重。《英国临床药理学杂志》刊登的一项研究称,长期服用止痛药等药物,会加大肝脏解毒负担,导致肝脏损伤,进而让身体感到疲劳。中南大学湘雅医院药学部临床药师邓晟提醒,随意买药服用,或无视医生处方、增大药量,可能导致疲乏、头昏、注意力下降、记忆减退等不良症状。因此。处方药要严格遵医嘱,切勿擅自使用,特别是抗菌药物和激素类药物。

金属疲劳试验方法

铝合金疲劳实验 李慕姚 1351626 一﹑实验目的 1. 观察疲劳失效现象和断口特征。 2. 了解测定材料疲劳极限的方法。 二、实验设备 1. 疲劳试验机。 2. 游标卡尺。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中,最小应力和最大应力的比值 r=m ax m in σσ (2-16) 称为循环特征或应力比。在既定的r 下,若试样的最大应力为σ 1m ax ,经历N 1次循环后,发生疲劳失效,则N 1称为最大应力为σ1 m ax 时的疲劳寿命(简称寿 命)。实验表明,在同一循环特征下,最大应力越大,则寿命越短;随着最大应力的降低,寿命迅速增加。表示最大应力σmax 与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图2-31所示。从图线看出,当应力降到某一极限值σr 时,S-N 曲线趋近于水平线。即应力不超过σr 时,寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明,黑色金属试样如经历107次循环仍未失效,则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限σr 。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。

图2-31 疲劳试验曲线图 工程问题中,有时根据零件寿命的要求,在规定的某一循环次数下,测出σmax ,并称之为疲劳强度。它有别于上面定义的疲劳极限。 用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限σ-1.设备简单最常使用。各类旋转弯曲疲劳试验机大同小异,图2-32为这类试验机的原理示意图。试样1的两端装入左右两个心轴2后,旋紧左右两根螺杆3。使试样与两个心轴组成一个承受弯曲的“整体梁”上,它支承于两端的滚珠轴承4上。载荷P 通过加力架作用于“梁”上,其受力简图及弯矩图如图2-33所示。梁的中段(试样) 为纯弯曲,且弯矩为M=21 P ɑ。“梁”由高速电机6带动,在套筒7中高速旋转,于是试样横截面上任一点的弯曲正应力,皆为对称循环交变应力,若试样的最小直径为d min ,最小截面边缘上一点的最大和最小应力为 max σ=I Md 2min , min σ=-I Md 2min (2-17) 式中I=64π d 4 m in 。试样每旋转一周,应力就完成一个循环。试样断裂后,套筒压迫停止开关使试验机自动停机。这时的循环次数可由计数器8中读出。 四﹑实验步骤 (1)测量试样最小直径d min ; (2)计算或查出K 值;

金属疲劳应力腐蚀试验及宏观断口分析

金属疲劳、应力腐蚀试验及宏观断口分析 在足够大的交变应力作用下,由于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位,都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展,构件横截面逐步削弱,当达到一定限度时,构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象,称为金属的疲劳。静载下塑性性能很好的材料,当承受交变应力时,往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下,突然断裂。疲劳断口(见图1-1)明显地分为三个区域:裂纹源区、较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后,交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合,相互挤压反复研磨,光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化,在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区,则是最后突然断裂形成的。统计数据表明,机械零件的失效,约有70%左右是疲劳引起的,而且造成的事故大多数是灾难性的。因此,通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。 图1-1 疲劳宏观断口 一﹑实验目的 1.了解测定材料疲劳极限的方法。 2.掌握金属材料拉拉疲劳测试的方法。 3.观察疲劳失效现象和断口特征。 4.掌握慢应变速率拉伸试验的方法。 二、实验设备 1.PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机。 2.游标卡尺。 3.试验材料S135钻杆钢。 4.PLT-10慢应变速率拉伸试验。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中,最小应力和最大应力的比值为应力比: max min σσ= r (1-1) 称为循环特征或应力比。在既定的r 下,若试样的最大应力为max 1σ,经历N 1次循环后,发生疲劳失效, 则N 1称为最大应力r 为时的max 1σ疲劳寿命(简称寿命) 。实验表明,在同一循环特征下,最大应力越大,则寿命越短;随着最大应力的降低,寿命迅速增加。表示最大应力max σ与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图1-2所示。由图可见,当应力降到某一极限值r σ时,S-N 曲线趋 近于水平线。即应力不超过r σ时,寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明,黑色金属试样如经历107次循环仍未失效,则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107 次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限r σ。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。

疲劳分析方法

疲劳寿命分析方法 摘要:本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况,重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。 疲劳是一个既古老又年轻的研究分支,自Wohler将疲劳纳入科学研究的范畴至今,疲劳研究仍有方兴未艾之势,材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一,从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。 金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert在1829年前后完成的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验,以校验其可靠性。1843年,英国铁路工程师W.J.M.Rankine对疲劳断裂的不同特征有了认识,并注意到机器部件存在应力集中的危险性。1852年-1869年期间,Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下,其强度人大低于它们的静载强度,提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法,并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。1874年,德国工程师H.Gerber开始研究疲劳设计方法,提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。Goodman讨论了类似的问题。1910年,O.H.Basquin提出了描述金属S-N曲线的经验规律,指出:应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。Bairstow通过多级循环试验和测量滞后回线,给出了有关形变滞后的研究结果,并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。L.F.Coffin和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系,即Coffin—Manson公式,随后形成了局部应力应变法。 中国在疲劳寿命的分析方面起步比较晚,但也取得了一些成果。浙江大学的彭禹,郝志勇针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取以及在真实工作环境下的疲劳寿命等问题,以发动机曲轴部件为例,提出了一种以有限元方法,动力学仿真分析以及疲劳分

疲劳强度的计算

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

第三章疲劳强度计算练习题

第三章机械零件的疲劳强度设计 一、选择题 3-1 45钢的持久疲劳极限σ-1=270MPa,,设疲劳曲线方程的幂指数m=9,应力循环基数N0=5×106次,当实际应力循环次数N=104次时,有限寿命疲劳极限为____________MPa。 (1)539 (2)135 (3)175 (4)417 3-2 有一根阶梯轴,用45钢制造,截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数Kσ=1.58,表面状态系数β=0.28,尺寸系数εσ=0.68,则其疲劳强度综合影响系数KσD=____________。 (1)0.35 (2)0.88 (3)1.14 (4)2.83 3-3 形状、尺寸、结构和工作条件相同的零件,采用下列不同材料制造:a)HT200;b)35钢;c)40CrNi钢。其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是____________。 (1)a)和b)(2)c)和a)(3)b)和c) (4)b)和a)(5)a)和c)(6)c)和b) 3-4 零件的截面形状一定,如绝对尺寸(横截面尺寸)增大,疲劳强度将随之____________。 (1)增高(2)不变(3)降低 3-5 零件的形状、尺寸、结果相同时,磨削加工的零件与精车加工相比,其疲劳强度____________。 (1)较高(2)较低(3)相同 3-6 零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后,其疲劳强度____________。 (1)增高(2)降低(3)不变(4)增高或降低视处理方法而定 3-7 影响零件疲劳强度的综合影响系数KσD或KτD与____________等因素有关。 (1)零件的应力集中、加工方法、过载 (2)零件的应力循环特性、应力集中、加载状态 (3)零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中 (4)零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。 3-8 已知设计零件的疲劳缺口系数Kσ=1.3、尺寸系数εσ=0.9、表面状态系数βσ=0.8。则疲劳强度综合影响系数KσD为____________。 (1)0.87 (2)0.68 (3)1.16 (4)1.8 3-9 已知零件的极限应力σr=200MPa,许用安全系数[S]=2,影响零件疲劳强度的系数为Kσ=1.2,εσ=0.83,βσ=0.90。则许用应力为[σr]___________MPa。 (1)160.6 (2)106.7 (3)62.25 (4)110.7 3-10 绘制设计零件的σm-σa极限应力简图时,所必须的已知数据是___________。 (1)σ-1,σ0,σs,Kσ(2)σ-1,σ0,σs, KσD (3)σ-1,σs, ψσ,Kσ(4)σ-1,σ0,ψσ, KσD 3-11 在图示设计零件的σm-σa极限应力简图中,如工作应力点M所在的ON线与横轴间夹角θ=45o,则该零件受的是___________。

疲劳试验简介

疲劳试验(fatigue test)利用金属试样或模拟机件在各种环境下,经受交变载荷循环作用而测定其疲劳性能判据,并研究其断裂过程的试验,即为金属疲劳试验。 1829年德国人阿尔贝特(J.Albert)为解决矿山卷扬机服役过程中钢索经常发生突然断裂,首先以10次/分的频率进行疲劳试验。1852~1869年德国人沃勒(A.W hler)为研究机车车辆,开始以15次/分的频率对车辆部件进行拉伸疲劳试验,以后又用试样以72次/分的频率在旋转弯曲疲劳试验机进行旋转弯曲疲劳试验,他的功绩是指出一些金属存在疲劳极限,并将疲劳试验结果绘成应力与循环周次关系的S-N曲线(图1),又称为W hler曲线。1849年英国人古德曼(J.Goodman)首先考虑了平均应力不为零时非对称载荷下的疲劳问题,并提出耐久图,为金属制件的寿命估算和安全可靠服役奠定理论基础。1946年德国人魏布尔(W.Weibull)对大量疲劳试验数据进行统计分析研究,提出对数疲劳寿命一般符合正态分布(高斯分布),阐明疲劳测试技术中应采用数理统计。 60年代初,从断裂力学观点分析金属疲劳问题,进一步扩大了疲劳研究内容。近年来,由于电液伺服闭环控制疲劳试验机的出现以及近代无损检验技术、现代化仪器仪表等新技术的采用,促进了金属疲劳测试技术的发展。今后应着重各种不同条件(特别是接近服役条件)下金属及其制件的疲劳测试技术的研究。 试验种类和判据 金属疲劳试验种类很多,通常可分为高周疲劳、低周疲劳、热疲劳、冲击疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、声致疲劳、真空疲劳、高温疲劳、常温疲劳、低温疲劳、旋转弯曲疲劳、平面弯曲疲劳、轴向加载疲劳、扭转疲劳、复合应力疲劳等。应根据金属制件的服役(工作)条件来选择适宜的疲劳试验方法,测试条件要尽量接近服役条件。进行金属疲劳试验的目的在于测定金属的疲劳强度(抗力),由于试验条件不同,表征金属疲劳强度的判据(指标)也不一样。 高周疲劳:高周疲劳时,金属疲劳强度判据是疲劳极限(或条件疲劳极限)即金属经受“无限”多次(或规定周次)应力循环而不断裂的最大应力,以σr表示,其中γ为应力比,即循环中

常用的金属材料疲劳极限试验方法

常用的金属材料疲劳极限试验方法 疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度,一般该类试验周期较长,所需设备比较复杂,但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验,都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能,因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。 MTS 810 金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。 单点疲劳试验法

适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下,可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机。 升降法疲劳试验 升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法,在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下,一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。 主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。 高频振动疲劳试验法 常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz,无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上,可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。

高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括:控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。 超声法疲劳试验 超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法,其测试频率(20kHz)远远超过常规疲劳测试频率(小于200Hz)。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行,为疲劳研究提供了一个很好的手段。嘉峪检测网提醒超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验,主要针对10^9以上周次疲劳试验。高周疲劳时,材料宏观上主要表现为弹性的,所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理,而不涉及微塑性。 红外热像技术疲劳试验方法 为缩短试验时间、减少试验成本,能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程,而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。 红外热像技术是一种波长转换技术,即将目标的热辐射转换为可见光的技术,利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像,用计

耐久疲劳分析-SN方法概述

耐久疲劳分析-SN方法概述 SN(名义应力)法是疲劳计算的最古老方法,由德国铁路工程师August W?hler 于1852 年到1870 年之间建立。他用如下左图所示的实验台同时对两根铁路车轴进行旋转弯曲疲劳试验来研究车轴的累积失效问题,然后将名义应力值和发生失效的循环周数的对应关系绘制在一个图表上,这就是众所周知的SN 曲线图,SN 曲线也叫W?hler 曲线。SN 方法是目前应用最为广泛的疲劳分析方法,一条典型的SN 曲线如下右图所示。SN 曲线的几个特征需要说明:在约1000 次循环的转折点以下的SN 曲线是无效的,因为此时的名义应力是弹塑性的,其发生失效的循环次数较少,也成为低周疲劳。由于疲劳是由塑性剪切应变能的释放来驱动的,因此材料发生屈服之后,应力与应变不再是线性关系,应力就不能再作为疲劳计算的参数,这将由后续介绍到的EN(应变寿命)法来处理。 在转折点和疲劳极限(约10E6-10E8 次循环)之间的应力范围,SN 分析是有效的。低于疲劳极限的部分,SN 曲线的斜率急剧下降趋于水平,即无限寿命区。然后实际应用中,无限寿命是很难达到的。比如,铝合金的SN 曲线没有水平部分,不表现出无限寿命特征。疲劳分析器中应用“三段线性”曲线来表征SN 曲线,即由三段对数坐标的直线分别对应低周(塑性)、高周(弹性)和无限寿命区间。两条典型SN 曲线如右图所示,分别代表低合金钢MANTEN和高强度钢RQC100,低于1000 次循环的虚线代表低周区间,10E8次循环处代表疲劳极限点。为计算构件的疲劳寿命,疲劳分析器需要材料的SN曲线和失效点处的交变应力时域历程两个信息。首先,疲劳分析器会对时域信号进行雨流分析以提取疲劳循环,然后通过SN 曲线来计算每个循环产生的损伤并对所有损伤值进行线性累积,系统将自动执行这一过程。 1

疲劳分析计算的流程

疲劳分析,从零开始 1 测量应变、应力谱图 (1)衡量应力集中的区域,布置应变片 可以通过模拟(有限元)或试验(原型上涂上一层油漆,待油漆干后施加载荷,油漆剥落的地方应力集中),确定应力集中的区域,然后按左下图在应力集中区域布置三个应变片: 因为材料是各向同性,所以x,y方向并不一定是水平和竖直方向,但两者一定要垂直,中间一个一定要和x,y方向成45°角。 (2)根据测的应变和材料性能,计算应力 测得的三个应变,分别记为εx, εy, εxy。两个主应力(假设只有弹性变形): 其中,E为材料的弹性模量,μ为泊松比。根据这两个主应力,可以计算出有些方法可能需要的等效应力(主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值,以方便应用材料的疲劳数据),如米塞斯等效应力:

()()222122121σσσσσ++-=m 或最大剪应力: ()2121 σσστ-= 实际测量的是应变-时间谱图,应力(或等效应力)-时间谱图可由上述公式计算。 (3)分解谱图 就是对上面测得的应力(应变)-时间谱图进行分解统计,计算出不同应力(包括幅度和平均值)循环下的次数,以便计算累积的损伤。最常用的是雨流法(rainflow counting method )。 2 获取材料数据 如果载荷频率不高,可以做一组简单的疲劳测试(正弦应力,拉压或弯曲均可,有国家标准): 得到一条应力-寿命(即循环次数)曲线,即所谓的S-N 曲线:

1:如果载荷频率较高或温度变化较大,还要测量不同平均应力和不同温度下的S-N 载荷,以便进行插值计算,因为此时平均应力对寿命有影响。也可以根据不同的经验公式(如Goodman准则,Gerber准则等),以及其他材料性能(如拉伸强度,破坏强度等),由普通的S-N曲线(即平均应力为0)来计算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。 2:如果材料数据极为有限,或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验,也可以由材料的强度估算疲劳性能。 3::如果出现塑性应变,累计损伤一般基于应变-寿命曲线(即E-N曲线),所以需要施加应变载荷。 3 损伤计算 到目前为止,疲劳分析基本上是基于经验公式,还没有完全统一的理论。损伤 累积的计算方法有很多种,最常用的是线性累计损伤(即Miner 准则), 但其结果不保守,计算得到的寿命偏高。 ∑∑≥=0.1,f i i i N n D 准确度比较高的累计准则是双线性准则,并且计算比“破坏曲线法”要容易,所以,是一个很好的折衷选择。

金属疲劳试验

金属疲劳试验主讲教师:

一、实验目的 1. 了解疲劳试验的基本原理。 2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方 法。

二、实验原理 1.疲劳抗力指标的意义 目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线),即建立 最大应力σ max 或应力振幅σ α 与其相应的断裂 循环周次N之间的关系曲线。不同金属材料的S-N曲线形状是不同的,大致可以分为两类,如图1所示。其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分,如图1(a)所示。这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时,试样可承受无限次应力循环而不断裂。

这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时,试样可承受无限次应力循环而不断裂。因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限,用符号σ R 表示(R为最小应力与最大应力之比,称为应力比)。若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行,则其疲劳 极限以σ -1表示。中低强度结构钢、铸铁等材料的S- N曲线属于这一类。对这一类材料在测试其疲劳极限时,不可能做到无限次应力循环,而试验表明,这类材料在交变应力作用下,如果应力循环达到107周次不断裂,则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂,所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。另一类疲劳曲线没有水平部分,其特点是随应力降低,循环周次N不断增大,但不存在无限寿命。如图1(b)所示。在这种情况下,常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”,用符号σ R(N) 表示。

2.S-N 曲线的测定 (1) 条件疲劳极限的测定 测试条件疲劳极限采用升降法,试件取13根以上。每级应力增量取预计疲劳极限的5%以内。第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。根据上根试件的试验结果,是失效还是通过(即达到循环基数不破坏)来决定下根试件应力增量是减还是增,失效则减,通过则增。直到全部试件做完。第一次出现相反结果(失效和通过,或通过和失效)以前的试验数据,如在以后试验数据波动范围之外,则予以舍弃;否则,作为有效数据,连同其他数据加以利用,按下列公式计算疲劳极限: ()11n R N i i i v m σσ==∑ 1

螺栓疲劳强度计算分析

螺栓疲劳强度计算分析 摘要:在应力理论、疲劳强度、螺栓设计计算的理论基础之上,以疲劳强度计算所采取的三种方法为依据,以汽缸盖紧螺栓连接为研究对象,进行本课题的研究。假设汽缸的工作压力为0~1N/mm2=之间变化,气缸直径D2=400mm,螺栓材料为5.6级的35钢,螺栓个数为14,在F〞=1.5F,工作温度低于15℃这一具体实例进行计算分析。利用ProE建立螺栓连接的三维模型及螺杆、螺帽、汽缸上端盖、下端盖的模型。先以理论知识进行计算、分析,然后在分析过程中借助于ANSYS有限元分析软件对此螺栓连接进行受力分析,以此验证设计的合理性、可靠性。经过近几十年的发展,有限元方法的理论更加完善,应用也更广泛,已经成为设计,分析必不可少的有力工具。然后在其分析计算基础上,对于螺栓连接这一类型的连接的疲劳强度设计所采取的一般公式进行分类,进一步在此之上总结。 关键词:螺栓疲劳强度,计算分析,强度理论,ANSYS 有限元分析。

Bolt fatigue strength analysis Abstract: In stress fatigue strength theory,bolt,design calculation theory foundation to fatigue strength calculation for the three methods adopted according to the cylinder lid,fasten bolt connection as the object of research,this topic research. Assuming the cylinder pressure of work is 0 ~ 1N/mm2 changes,cylinder diameters between = = 400mm,bolting materials D2 for ms5.6 35 steel,bolt number for 14,in F "= 1.5 F below 15 ℃,the temperature calculation and analysis of concrete examples. Using ProE establish bolt connection three-dimensional models and screw,nut,cylinder under cover,cover model. Starts with theoretical knowledge calculate,analysis,and then during analysis,ANSYS finite element analysis software by this paper analyzes forces bolt connection,to verify the rationality of the design of and reliability. After nearly decades of development,the theory of finite element method is more perfect,more extensive application,has become an indispensable design,analysis the emollient tool. Then in its analysis and calculation for bolt connection,based on the type of connection to the fatigue strength design of the general formula classification,further on top of this summary. Keywords: bolt fatigue strength,calculation and analysis,strength theory,ANSYS finite elements analysis.

钢筋疲劳计算

这部分要求大家掌握: 影响疲劳强度的主要因素包括,应力幅,应力循环次数,结构构造细节(构造细节决定了应力集中程度,教材按照规范把不同的构造分成了8种类型),疲劳强度的计算。 疲劳破坏属于脆断。 GB50017-2003规定,小结如下: 1、直接承受动力荷载重复作用的钢结构及其连接,当应力变化的循环次数n 等于或大于5万次时(美国规范是2万次),应进行疲劳计算; 2、应力循环中不出现拉应力的部位,可不计算疲劳; 3、计算疲劳时,应采用荷载的标准值; 4、对于直接承受动力荷载的结构,计算疲劳时,动力荷载标准值不乘动力系数; 5、疲劳计算应采用容许应力幅法,应力按弹性状态计算。区分为常幅疲劳和变幅疲劳。常幅疲劳计算如下:Δσ≤[Δσ] Δσ——对焊接部位为应力幅,Δσ=σmax -σmin 对非焊接部位为折算应力幅,Δσ=σmax -0.7σmin βσ/1][?? ? ??=?n C ,n ——应力循环次数;C 、β参数,查表确定。 6、规定不适用于特殊条件(如构件表面温度大于150℃,处于海水腐蚀环境,焊后经热处理消除残余应力以及低周-高应变疲劳条件等)下的结构构件及其连接的疲劳计算。 规范存在的问题: (1)不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位,例如 σmax =140MPa 、σmin =-10MPa 和σmax =10MPa 、σmin =-140MPa 两种应力循环,Δσ都是150, 按规范计算疲劳强度相同,显然不合理。 (2)螺栓受拉时,螺纹处的应力集中很大,疲劳强度很低,常有疲劳破坏的实例,但规范没有规定,应予补充。

【计算例题】 某承受轴心拉力的钢板,截面为400mm ×20mm ,Q345钢,因长度不够而用横向对接焊缝如图所示。焊缝质量为一级,焊缝表面加工磨平,。钢板承受重复荷载,预期循环次数610=n 次,荷载标准值0,1365min max ==N kN N ,荷载设计值kN N 1880=。试进行疲劳计算。 提示:容许应力幅βσ/1][?? ? ??=?n C ,4,1061.812=?=βC ,2/295mm N f =。 更详细些的规定(不需要大家掌握):GB50017-2003规范对疲劳计算所作的说明 6.1一般规定 6.1.1本条阐明本章的适用范围为直接承受动力荷载重复作用的钢结构,当其荷载产生应力变化的循环次数4105?≥n 时的高周疲劳计算。需要进行疲劳计算的循环次数,原规范规定为510≥n 次,考虑到在某些情况下可能不安全,参考国外规定并结合建筑钢结构的实际情况,改为4105?≥n 次。 6.1.2本条说明本章的适用范围为在常温、无强烈腐蚀作用环境中的结构构件和连

金属疲劳试验机

一、产品用途: FLPL金属疲劳试验机主要用于金属材料复合材料合金材料的耐久疲劳性能测定。配置FL高温炉系统可以试验高温疲劳的测试,配置FLWK高低温环境试验装置可以实现高低温疲劳性能的测定。 计算机控制系统疲劳试验软件基于WINDOWS操作系统作为平台,强大的数据处理功能,试验条件和试验结果自动存盘,显示、打印符合相关国家标准的随机成组试验数据、S-N试验曲线、试验报告,广泛适用于科研院所、冶金建筑、航空航天、大专院校、机械制造、交通运输等行业。 二、疲劳机技术参数: 1.试验机型号:FLPL504、FLPL105、FL305; 2.动态试验力:±25KN、±50KN、±250KN; 3.试验力精度:±2%; 4.试验力测量范围:1%--100%FS; 5.伺服作动器的最大位移:±50mm/75mm; 6.试验频率范围:0.1-50 Hz; 7.框架形式:双立柱距离:≥500mm;上下夹头拉伸空间:50~600 mm按要求订制; 8.控制系统:动态闭环疲劳伺服控制系统; 9.控制方式:力、位移、变形控制; 10. 试验波形:正弦波、方波、三角波、斜波、随机波形以及外部输入波形;可实现多段不同频率或幅值组合的正弦波形;用户可以自定义参数的随机波形等; 11.配置FL1200度高温炉、FLWK高低温试验箱、高温变形引伸计、高温疲劳试验夹具等实现复杂的动态力学性能测定; 12.金属疲劳试验机控制系统设计有一套完善的智能化安全管理系统,能实时对试验系统进行巡回自检,实时判断、报告系统的工作状态和工作进程,具有自动监测、自动报警和自动停机功能; 13.试验控制软件FULETEST,在Windows 多种环境下运行,界面友好,操作简单,能完成试验条件、试样参数等设置、试验数据处理,试验数据能以多种文件格式保存,试验结束后可再现试验历程、回放试验数据,试验数据可导入在Word、Excel、Access、MATLAB等多种软件下,进行统计、编辑、分类、拟合试验曲线等操作,试验完成后,可打印出试验报告。

6.疲劳计算

第六章疲劳计算 通过大量全尺寸梁试件的疲劳断裂试验证明:影响焊接结构疲劳强度的最重要因素是应力幅(最大应力与最小应力的代数差)、接头细部构造类型,而不是最大应力、应力比。从而使焊接结构的疲劳设计概念产生了改变,即从按最大应力设计改变为按应力幅设计的概念。 应力设计改变为按应力幅设计的概念

第一节最大应力法 对非焊接结构,应用最大应力法设计的概念还是对的。最大应力法认为,影响结构构件或连接疲劳强度的主要因素有最大应力、应力比、循环次数和缺口效应(构造类型的应力集中情况)等应力比为绝对值最小与最大应数和缺口效应(构造类型的应力集中情况)等。应力比为绝对值最小与最大应力之比(拉应力取正值,压应力取负值),它代表了应力循环特征。 N σ?最大应力法是依靠对结构原型或模型的疲劳试验所得出的曲线,用以预估疲劳强度或寿命,国外通常称为曲线,S 代表应力,N 为以循环次数表示的疲劳寿命。 S N ?

疲劳强度的计算公式为 疲劳强度的计算公式为:(6.10) []σσΔ≤Δ为名义应力的应力幅。其中为计算部位各次应力循环中最大拉应力 (取正值); 为计算部位各次应力循环中最小拉应力(取正值)或压应力(取负值)σΔmax σmin σ(取负值)。 上述的应力符号是广义应力,它多数情况代表正应力,但也可能代表剪应力(如计算角焊缝的疲劳强度时)。σ三、非焊接结构常幅疲劳的折算应力幅 非焊接结构一般不存在很高的残余应力。对应力比的同号应力循环,因残余应力对疲劳强度影响不大,仍可用与焊接结构相同的应力幅进行计算。但对的异号应力循环,采用应力幅计算将偏于安全太多。规范为了统一用一种表达式,引入了折算应力幅的概念。计算式为: (6.11) 上式实际上与最大应力法的计算式是一致的。 []max min 0.7σσσσΔ=?≤Δ

高强度螺栓疲劳校核

16、轮盘连接高强度螺栓疲劳强度校核 说明: 轮盘在设备的设计使用寿命期限内,始终处于受压状态,其三根弦杆承受压力作用,轮盘的整体弯矩由内、外弦杆的压力调幅来平衡,弦杆法兰连接的高强度螺栓承受的、由单独弦杆的弯矩引起的交变力很小。 由于法兰结合面的载荷全部为压力载荷,故螺栓的工作应力都小于其预紧力,故螺栓的拉力载荷总在预紧力一下某一范围波动。对螺栓而言,保证法兰结合面不松开,其压力载荷越大,螺栓残余预紧力就越小,螺栓的拉力就越小。本文的计算模型转变为较小圆角过度的阶梯轴拉伸(如图一),校核过渡截面的疲劳应力。 观览车的运行速度很慢,每周循环的时间为20分钟,考虑50年的使用寿命期,每年300天,每天工作8小时,共运行300000次循环,选小于结构钢S-N曲线的转折点的循环次数,且本文的计算载荷为正常满载+15m/s风载的载荷情况,故计算结果有一定的保守性。 疲劳设计方法是一门以试验为基础的设计方法,本计算选取的疲劳性能数据选自国内公开的《机械设计手册》数据。 图一:计算模型

附:螺栓无限寿命校核说明书 一、螺栓参数和预紧力: 螺栓直径:M30x160 性能等级:10.9级 过渡圆角:r=0.5mm 螺栓材料的破断强度:1000MPa 螺栓副连接的相对刚度:m b b C C C +=0.25 选用的单个螺栓预紧力矩:Nm T 1600= 则预紧力:kN N d T Q p 2671067.2030 .02.016002.05=?=?== 二、螺栓组载荷: 主管法兰圆周应力分布及载荷谱: 530*30螺栓组主管件轴力, 六点方位N=-4729kN ,七点半N=-4487kN ,九点N=-3785kN ,十点半N=-3181kN ,十一点N=-2961kN ,十二点N=-2300kN ,一点N=-2960kN ,一点半N=-3253kN ,三点N=-3891kN ,四点半N=-4552kN 。 最大压力:kN F a 4729-= 换算到单个螺栓的最大压力载荷:kN F F a 39412/472912/-=-== 螺栓最小拉力:kN F F C C C Q Q m b b p 1680.25267min =+=++ = 最小压力:kN F a 2300-=

金属材料疲劳研究综述

金属材料疲劳研究综述 摘要:人会疲劳,金属也会疲劳吗?早在100多年前,人们就发现了金属也是会疲劳的,并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害,所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展,概述了金属产生疲劳的原因及影响因素,以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词:金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一.引言 金属疲劳的概念,最早是由J.V.Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时,“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力,且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时,材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程,称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值虽然始终没有超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏,这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象,就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的,且表现为突然断裂,无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂,危害极大,所以研究金属的疲劳是

非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现,因此常常造成突然的事故。早在100多年以前,人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制,还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间,美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故,有238艘完全报废,其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月,华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体,19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现,飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体,是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后,人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果,才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二.金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间,Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度,Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代,力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代,Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年,美

疲劳强度计算.

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(04 3N N ≤≤ C N N m m N =?=?0γγσσ——常数

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