疲劳可靠性合计综述
常用疲劳可靠性分析方法概述
常用疲劳可靠性分析方法概述张磊;万一品;宋绪丁【摘要】根据对近年来常用疲劳可靠性分析方法的研究,介绍了目前使用频次较高的疲劳可靠性分析方法.对应力-强度干涉法、蒙特卡罗模拟法以及一次二阶矩法中的中心点法、改进一次二阶矩法、验算点法进行了概要的描述和分析.并根据各分析方法的特点,提出将蒙特卡罗模拟法和应力-强度干涉法联合使用的方法,这将会大大缩短蒙特卡罗模法的计算时间.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】2页(P79-80)【关键词】疲劳可靠性;应力-强度干涉;蒙特卡罗;一次二阶矩【作者】张磊;万一品;宋绪丁【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TH243.1大多数机械结构在服役期内往往受到随机载荷的作用，疲劳破坏成为其主要的失效形式[1]。
疲劳破坏的危险性表现在机构在达到疲劳寿命时无明显先兆就会突然破坏，因此对于复杂机构的疲劳可靠性分析变得尤为重要。
本文主要阐述目前几种常用的疲劳可靠性分析法，为疲劳可靠性分析提供参考。
1 应力—强度干涉法由于在机械结构受力分析中应力和强度具有相同的量纲，故应力强度干涉方法可将机械零件的强度和应力曲线表示在同一个坐标系中进行分析，从而确定机械零件的可靠性。
概率密度函数联合积分法如公式（1）所示：式中：S为工作应力；δ为零件强度。
应用应力-强度干涉法在实际工程分析中，首先要统计载荷和材料属性的概率分布，然后结合零件尺寸等随机变量进行应力与强度计算，得到应力与强度的概率分布，从而得到应力与强度的干涉曲线图，根据干涉曲线图进行机械疲劳可靠性的分析计算。
应力-强度干涉法简单实用，但需要计算出应力与强度的概率密度函数，在一些难以计算出概率函数的情形下，该法失效。
2 蒙特卡罗模拟法蒙特卡罗模拟法，又称为统计实验法和随机抽样法，是一种以概率统计为基础，以随机抽样为主要手段的数值方法[2]。
第8章 疲劳强度可靠性设计
2 ( 2 ss )
应力和强度指广义的应力和强度
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.3 机械强度的可靠性设计方法
可靠度计算
2.强度和应力之差的概率密度函数、可靠度表达式
可靠度是强度超过应力的概率,即
xs x1的概率
令 xs x1 ，以f ( )表示xs与x1之差的概率密度函数， 因应力和强度都是正态 分布函数，所以 f ( )也为正态分布，即：
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
国内的可靠性工作起步较晚，上世纪50年代末和60年代初在原电子 工业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。 发展最快的时期是上世纪80年代初期，出版了大量的可靠性工作专 著、国家制定了一批可靠性工作的标准、各高校有大量的人投入可 靠性的研究。 许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。如原航空工业部明 确规定，凡是新设计的产品或改型的产品，必须提供可靠性评估与 分析报告才能进行验收和坚定。 但国内的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在这方面开展工作的 人很少，学术成果平平。主要的原因是可靠性工作很难做，出成果 较慢。 但在近些年，可靠性工作有些升温，这次升温的动力主要来源于企 业对产品质量的重视，比较理智。
R(t ) P(T t ) f (t )dt
t
寿命T大于时间t的概率
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量可靠性的尺度（度量可靠性的定量指标）
2. 不可靠度（失效概率，故障率，破坏概率）
定义：产品在规定条件下和规定时间内，不能完成规定功能的概率。一 般用字母“F”或失效概率函数F(t)表示。 不可靠度也是累计分布函数，表示在规定的使用条件和规定时间内，发 生故障的产品占全部工作产品的百分率，因此其取值范围是: 0<=F(t)<=1 如果某产品寿命随机变量T的分布密度为f(t)，如图所示，用t表示某一 指定时刻，则该产品在t时刻的不可靠度（失效概率）为：
疲劳可靠性设计
2 Sq
1 2
2 2 2 1/ 2 [q 2 S ( 1 ) Sq ]
C K
2 2 2 1/ 2 [q 2 S ( 1) S q ]
K
零件疲劳强度
1 2
K
1
尺寸系数
1 表面加工系数
2 表面强化系数
D
1 b m
Goodman
C
1 a
1 s m
Soderberg
Cepehceh
o
G
B
Goodman图
s
b
m
上述曲线都反映了疲劳极限随平均应力的增加而减小的疲劳试验结果。研究 结果表明，光滑试样的试验数据较为符合Gerber抛物线和 Cepehceh折线 ，缺口试样的试验据较为符合Goodman直线，而对于存在微动磨损的情况 时，一般使用Soderberg直线。
由图可见共有7个子样对，其中应力（载荷）为75.91MPa（51.25kN） 有1对；72.19MPa（48.75kN）有2对；68.51MPa（46.25kN）有4对。
1p 1 ks
M Pa
p=50 %
100 90 80 70 60 0 50
p=99 %
N
kN
70
p=50%
2
2
1/ 2
( s m m ) ( s a a ) 2 2 m a
2
2
1/ 2
对于30CrMnSiA,给定 3, N 106
r 1, a 250.2MPa, s a 9.81MPa r 0.1, a 347.3MPa, s a 14.39MPa r 0.5, a 612.1MPa, s a 27.47 MPa
汽车车身设计-第七章车身疲劳强度分析基础综述
第二节 疲劳设计方法 • 一、疲劳强度、疲劳极 • 限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方 法 四、疲劳分析软件 •
主要有两类：试验法和试验分析法 试验法
– 完全依赖于试验，是传统的方法 – 直接通过与实际情况相同或相似的试验来获取所需的疲劳数据 – 可靠，但必须在样机试制之后才能进行。费用高、周期长，且 无法和设计并行，试验结果不具有通用性
疲劳破坏
– 在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象 – 材料或结构受到多次重复变化的载荷后，应力值虽没超过材料的 强度极限，甚至比弹性极限还低得多的情况下就可能发生破坏
3.
疲劳
在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形 成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展 过程
① 静强度：与材料的性质有关，对脆性材料影响较大， 对塑性较好的材料则影响较小
② 疲劳强度：不论是对塑性材料还是对脆性材料，都是 不可忽视的影响因素
第一节 疲劳破坏的特征 及影响疲劳寿命的因素 一、疲劳破坏的特征 二、影响疲劳寿命的 因素
2. 尺寸的影响
• 零件尺寸对疲劳强度有较大的影响，这同应力梯度和 材料不均匀性有关 • 注意：一般零件的疲劳强度随其尺寸的增大而降低 ① 尺寸不同，相同载荷作用下，零件的应力梯度不同。 大尺寸零件的高应力区域大，产生疲劳裂纹的概率大
试验分析法
– 依据材料的疲劳性能，对照结构所受到的载荷历程，按分析模 型来确定结构的疲劳寿命 – 包含三部分：材料疲劳行为的描述，循环载荷下结构的响应， 疲劳累积损伤法则 – 按计算疲劳损伤参量不同分为：名义应力法、局部应力应变法 、应力应变场强度法、能量法、损伤力学法、功率谱密度法等
第二节 疲劳设计方法 • 一、疲劳强度、疲劳极 限与疲劳寿命的概念 • 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方 法 四、疲劳分析软件 •
往复泵曲轴疲劳可靠性设计软件开发_叶晓琰
2008年6月农业机械学报第39卷第6期往复泵曲轴疲劳可靠性设计软件开发*叶晓琰 蒋小平 许建强 胡敬宁=摘要> 为提高往复泵设计水平,提出了分别基于曲轴最危险截面与有限元分析的2种疲劳可靠性设计方法。
在VC++610平台上利用多种高级编程技术,开发出面向对象的往复泵曲轴疲劳可靠性设计软件。
软件能以2种方法6种途径完成往复泵曲轴的疲劳可靠性设计。
实际应用表明,该软件界面友好,操作简单,运行稳定,计算精度高。
关键词:往复泵 曲轴 可靠性 有限元法 软件中图分类号:T H322文献标识码:ADevelopment on Crankshaft Fatigue Reliability AnalysisSoftware of Reciprocating PumpYe Xiaoyan Jiang Xiaoping Xu Jianqiang H u Jingning(Jiangsu Univer sity ,Zhenjiang 212013,China)AbstractIn order to improve the design of reciprocating pump,two design methods on fatigue reliability,w hich are based on the most hazardous cross -section and finite element analysis respectively,w ere put forw ard.A practical object -oriented application softw are about fatigue reliability analysis on pump crankshaft w as developed by several senior prog ramming technolog ies via VC ++610.By this softw are ,the fatig ue reliability analysis can be fulfilled by tw o approaches and six methods.Calculating example and practical applications indicated that this softw are have a lot of merits such as friendly interfaces,simply and reliable operation,high precision and good application prospect.Key words Reciprocating pump,Crankshaft,Reliability,Finite element method,Softw are收稿日期:2007-12-12*江苏省高技术研究项目(项目编号:BG2006024)和江苏大学高级人才启动基金资助项目(项目编号:06JDG067)叶晓琰 江苏大学流体机械工程技术研究中心 高级工程师,212013 镇江市蒋小平 江苏大学流体机械工程技术研究中心 高级工程师 博士生许建强 江苏大学流体机械工程技术研究中心 高级工程师胡敬宁 江苏大学流体机械工程技术研究中心 教授级高级工程师引言往复泵是一种高效节能的流体输送机械,广泛应用于化肥、食品、轻工、石油等行业。
国内外疲劳寿命分析技术综述
国内外疲劳寿命分析技术综述【摘要】因疲劳而引发的机械零件破坏约占80%，因此疲劳破坏的问题得到了国内外的极大关注，其中疲劳寿命的预测尤其重要，本文简单探讨国内外关于疲劳现象的系统研究。
【关键词】疲劳寿命；研究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”（ASTM E206-72）中给出疲劳的定义：在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为疲劳。
1964年，日内瓦的国际标准化组织在《金属疲劳试验的一般原理》中给疲劳下了一个描述性的定义：金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳。
据统计，机械零件破坏的80%由疲劳引起的，特别是随着机械零件向大型、复杂化和高温、高速使用环境的方向发展，大量的随机因素增加，疲劳破坏更是层出不穷，因此关于疲劳破坏问题的研究得到了极大的关注，其中疲劳寿命的预测尤为重要。
1847年，德国人W?hler用旋转疲劳试验机首先对疲劳现象进行了系统研究，提出S-N曲线及疲劳极限的概念，奠定了疲劳破坏的经典强度理论基础。
1874年，W. Gerber等研究平均应力的影响，画出相应的疲劳极限线图—Gerber抛物线。
1929年，英国人Haigh发表了高强度钢与低碳钢有不同的缺口敏感性的论文，他所采用的缺口应变分析及“残余应力”的概念，被后人加以补充和发展。
1930年，英国人Goodman简化了疲劳极限图，即用直线将纵轴上的对称循环疲劳极限点和横轴上的强度极限点连接，以此来替代Gerber抛物线；由于Goodman的疲劳极限图相对简单，所以至今仍在常规疲劳强度设计中被广泛使用。
20世纪20-30年代人们已经开始研究疲劳机理，把疲劳过程划分为裂纹萌生、裂纹扩展及断裂三个阶段。
1945年，M. A. Miner（US）提出了损伤与循环次数成线性关系即Palmgren-Miner线性累积损伤准则。
海上平台结构疲劳与疲劳可靠性分析程序设计
第14卷第4期计算力学学报Vol.14No.4 1997年11月CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL MECHANICS Nov.1997海上平台结构疲劳与疲劳可靠性分析程序设计邓洪洲 孙 秦(同济大学建筑工程系,上海,200092) (西北工业大学飞机工程系,西安,710072)摘 要 本文介绍了作者开发的适用于固定式导管架海上平台结构系统疲劳与疲劳可靠性分析程序系统的设计原理、结构及功能特点。
最后,以一固定式导管架平台作为算例验证了程序系统的可靠性与实用性。
关键词 海上平台;疲劳;疲劳可靠性;程序系统分类号 U6741381;TP3190 引 言海洋平台作为进行海上石油钻井与开采的一种重要海洋工程结构,长期服役在恶劣的海洋环境中,承受着波浪等交变载荷的作用,疲劳破坏是其主要的失效形式。
固定导管架式是海洋平台的主要结构形式,管节点是导管架结构的重要部位,由于初始焊接缺陷,特别是高的应力集中,容易发生疲劳破坏。
我国海洋工程从60年代发展至今,从渤海到南海、东海到黄海,目前已有数十座海洋工程结构矗立在海上,其中时间最久的固定式导管架平台使役达十八年之久。
到90年代末,80年代建造的平台都需要进行评估与维修,工作量艰巨,工程费用巨大。
要保证海洋平台结构作业安全,拥有良好的结构分析程序是非常必要的,因而,研究海洋平台这种大型工程结构疲劳与可靠性评估方法及开发相应的程序系统则成为紧迫而具有重大工程实际意义的课题。
本文基于国内外已经取得的管节点疲劳研究的理论与试验成果及作者在海洋平台结构系统疲劳及疲劳可靠性方面的研究成果,开发出适用于固定式导管架海洋平台结构系统疲劳及疲劳可靠性分析的程序系统,并通过工程实际算例验证本文方法的可行性及开发的程序系统的可靠性。
1 程序设计原理111 结构系统疲劳分析方法在海洋平台结构系统疲劳分析过程中,疲劳损伤的计算对象是管节点。
在现阶段,由于尚未解决空间管节点的应力分析问题,通常还是把一个空间管节点分成几个简单管节点来研究管节点的应力分析问题。
工程结构可靠性理论发展综述
工程结构可靠性理论发展综述专业：结构工程学号：112100003 姓名：刘德鹏摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。
许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。
本文从结构可靠性基本理论和方法、结构体系可靠度、结构可靠度的Monte-Carlo模拟方法、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳和抗震可靠度、钢筋混凝土结构施工期和老化期可靠度等六个方面，分三部分对结构可靠性理论和应用国内外研究的现状进行了概括性总结。
分析了工程结构可靠性理论的发展现状，并对其规范使用提出了建议。
关键词：工程结构可靠性理论发展Abstract：Great progress has been achieved in the research of structural reliability theories and its applications since 1920s. Many countries in the world have started trying to revise structural design codes or specification based on reliability theory. In this article we can divide the six aspects that the fundamental theories and approaches of structural reliability, structural system reliability, Monte-Carlo modeling in structural reliability analysis, a ultimate and serviceability limit state reliability, fatigue and a seismic reliability as well as construction and wear-out period reliability of reinforced concrete structures into three parts. The paper analysis project structure reliability theory development present situation, and put forward some advice about the standard.工程结构的安全性历来是设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。
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疲劳应力循环图
max a m , min m a
m max min 2, a max min 2
r min , (1 r 1) max
疲劳应力循环图
材料疲劳性能的S-N曲线
标准试样
材料疲劳性能的P-S-N曲线
基于3s-S-N的零件疲劳强度可靠度计算
基于疲劳极限图的零件疲劳强度可靠度计算
1
A
2 aA
2 mA
2
强度的均值和标准差可直 接在图上量取得到
r=-1
材料疲劳极限应力图
tan
a m
0.（5 max 0.（5 max
） min）
11
r r
const
影响机械零件疲劳强度的因素
形状因素的影响（有效应力影响系数 K 尺寸效应的影响（尺寸系数 表面加工质量的影响（表面加工质量系数 综合影响系数系数
K
KD
零件疲劳极限应力图
疲劳可靠性设计
王爱民
概述
所谓疲劳是指材料在循环应力或循环应变作用下，由于某点或某 些点逐渐产生了局部的永久结构变化而在一定的循环次数以后形 成裂纹或发生断裂的过程。
所谓疲劳破坏是指机械零件在循环应力作用下。即使循环应力的
max b ，而应力的每次循环也仍然会对零件造成轻微的损伤。随应 力循环次数的增加，当损伤累积到一定程度时，在零件的表面或内 部将出现（萌生）裂纹。之后，裂纹又逐渐扩展直到发生完全断裂。 这种缓慢形成的破坏称为 “疲劳破坏”。“疲劳破坏”是循环应 力作用下零件的主要失效形式