疲劳强度设计方法研究
疲劳强度设计方法研究 摘要 疲劳强度是当前机械产品的主要失效形式，在机械强度设计中占有重要的位置。正确地应用疲劳理论于强度设计上，可以得到合理的设计，包括选材、结构尺寸及加工工艺等，或根据工况及给定的零部件估算其寿命。本文从疲劳断裂的过程出发，通过对疲劳强度三种思路的分析，介绍了相应疲劳强度设计及寿命估算的三种方法。
关键词：疲劳强度，寿命估算，疲劳设计，S-N曲线 1. 引言 所谓疲劳，是指材料或构件在长期的循环变应力作用下的失效现象，也称疲劳破坏。当循环变应力远小于强度极限时，经过一定的循环周次，也能使构件发生疲劳破坏。疲劳破坏是机械工程中常见的失效形式。近数十年来，疲劳破坏危及各个领域，飞机由于疲劳破坏而造成机毁人亡的灾难性事故；二次世界大战期间有上万艘焊接船舶、几十座焊接桥梁毁于疲劳破坏；对于车轴、车轨以及机架，曲轴，齿轮、螺栓联接等的疲劳破坏事故更是屡见不鲜。据统计，现代工业中零部件的失效80%是由于疲劳引起的。因此，疲劳问题引起了人们的极大关注。 对在循环变应力作用下的构件，以往的机械设计常常采用静强度设计，靠选取较大的安全系数来保证其使用的可靠性。而实际上是在变载荷作用下的构件由于强度储备大，在按静强度设计有时会将疲劳问题暂时掩盖起来。随着近代机械向高速、高温、大功率和轻重量的方向发展，对机械产品的零构件采用合理的疲劳设计，是提高设计水平、保证产品质量和提升经济效益的一个重要环节。 2. 疲劳断裂的形成 现行的疲劳设计思想与疲劳断裂的过程有关。从疲劳断裂的破坏过程来看一般分为三个阶段： （1）裂纹萌生阶段，或称裂纹成核或形成阶段 由于观察仪器的精密度和分辨率不同，所能观察到的裂纹长度也 不同 ，那末对裂纹萌生的定义也不一样。工程上一般规定初始裂纹尺寸0a=0.01mm-0.2mm（也有规定0a=0.01mm-0.5mm，深为0.15mm的表面裂纹）。把形成0a所需的循环周数称为疲劳裂纹形成寿命或无裂纹寿命，用0N表示。 （2）裂纹扩展阶段 裂纹从初始裂纹0a扩展到临界裂纹ca所需的应力循环周数为裂纹扩展寿命，用pN表示，也称剩余寿命。 （3）瞬断阶段 当裂纹扩展至临界裂纹ca时，就产生失稳扩展迅速断裂。由于这一阶段是在瞬间进行的，所需的循环周数很少，故这一阶段的寿命可以忽略不计。 如果用fN表示疲劳总寿命，则：p0fNNN 3. 疲劳设计的三种方法 从疲劳断裂的过程来考虑，现行的疲劳强度设计思想主要有如下三种。 （1）无限寿命设计 要求零部件在无限长的使用期间内不发生疲劳破坏。其设计依据是通过材料或构件的疲劳试验所得到的疲劳极限1-，只要零构件的工作应力小于其疲劳极限就可以有无限的使用寿命。用常规的疲劳设计方法可就以进行无限寿命设计。 （2）安全寿命设计，又称有限寿命设计 要求零部件在一定的使用期间内不发生疲劳破坏。设计的主要依 据是通过疲劳试验得到材料或构件的S -N曲线，并运用线性累积损伤理论（Miner理论）来估算构件的寿命。这种设计思想，由于它允许有较高的工作应力，同时使用的实验也较丰富，是当前主要的设计思想。 （3）破损安全设计，又称损伤容损设计 这种设计的基本原则是容许构件可以存在缺陷而带伤工作，但必须具有足够裂纹亚临界扩展寿命，以保证构件在使用期间内安全工作。此时，正确的计算裂纹扩展寿命是破损安全设计的关键。 4. 对三种设计方法的具体讨论 下面对这三种设计方法分述如下: 4.1 常规疲劳设计方法 (1)交变应力的形式 随时间呈周期性循环的应力称为交变应力。循环中代数值最大的应力称为最大应力，用max表示。代数值最小的应力称最小应力，用
min表示。最大应力和最小应力的代数平均值称为平均应力，用m表
示，则2minmaxm，最大应力和最小应力差值的一半称为应力幅，
用a表示，2minmaxa。最小应力与最大应力的代数比值称为应力比，也叫循环特性，用R表示，minmaxR。 一个交变应力的max、min、m、a、R五个量之间只有二个量是独立的，任意给定二个量就可以由上面的公式求出另外三个量， 所以一个交变应力的应力水平也需要用两个量来表示。 应力循环的类型主要有以下几种：对称循环（R=-1），脉动循环（R=0），非对称循环(m和a为任意值，当m和a不随时间变化时称为稳定的非对称循环。 （2）材料的S-N曲线及疲劳极限 材料的S-N曲线是用一组标准试件在疲劳试验机上按同一循环特性进行疲劳试验来测定的。对每个试件施加不同的交变应力直到破坏，记录相应破坏循环数N（简称寿命），再以每个试件的最大应力max
为纵坐标，以达到破坏的循环周数为纵坐标，得到-N曲线。如果在扭转疲劳试验机上进行试验，可得到-N曲线，统称S-N曲线，S表示强度，N表示寿命，图1是以双对数坐标画得的曲线示意图，分别由两段直线组成，上面一根为倾斜线，为有限寿命部分，用它可以进行有限寿命设计。下面一根为水平线，表示材料经无限次循环而不会破坏，与水平线对应的最大应力表示光滑试件在对称循环时的疲劳极限用
1-表示。一般规定，钢试件经710次循环仍不破坏时就认为它可以受无限次循环。在S-N曲线上，小于710循环数的点所对应的最大应力称为材料在该循环数下的“条件疲劳极限”。 疲劳极限1-是进行常规疲劳设计的依据。为了准确测定1-值，目前常采用升降法。 工程上一般给出的S-N曲线，是指破坏概率P=50%的疲劳曲线，为了满足工程安全设计的需要，有时需要测出不同破坏概率的P-S-N曲线。 图1双对数S-N曲线示例 （3）常规疲劳设计方法 常规疲劳设计主要是将用标准试件试验得到的疲劳数据用于具体的零部件疲劳设计中。由于用标准试件测定的S-N曲线只能代表材料本身的性能，故在具体应用时需引入由零部件的几何形状与试件不同的应力集中系数；由于零部件表面加工情况不同而引入表面系数。由于不同情况选用的系数也各不相同，所以构件的许用应力值不再是一个固定值，因此疲劳设计常采用以安全系数表示的强度条件。 a）对称循环的强度条件
][eKna1n
式中：K——有效应力集中系数， e ——表面系数 1-——材料在对称循环下的疲劳极限 n ——计算安全系数 [n]——许用安全系数
a——应力幅值 b）简单非对称循环（应力比R=常数）的强度条件 ][eKnma1n
式中：m——平均应力 ——平均应力对疲劳极限的影响系数，或称不对称系数 在非对称循环下，由于max可能很高，故还需同时满足静强度条件。 c）非对称循环弯扭组合变应力强度条件 ][n1n11n22n
，
式中ma1eKn，ma1eKn 1——材料在扭转时的疲劳极限 a——应力幅值
m——平均应力
——不对称系数 令上式中m=0，m=0就可以得到对称循环弯扭组合变应力的强度条件。 以上公式中的有效应力集中系数、尺寸系数、表面系数、不对称系数，可通过试验或从有关设计手册中查阅得到。表面系数应包括表面加工系数、腐蚀系数和表面强化系数。
4.2 安全寿命设计 安全寿命设计一般指破坏循环数在8310~10之间的有限寿命设计。与常规疲劳设计一样也是用应力水平进行寿命估算的，又称名义应力法。名义应力是指缺口试件或要计算的构件的工作载荷被试件的净面积或毛面积除得到的应力值。用名义应力法进行安全寿命估算的步骤如下： （1）确定结构中的危险部位 根据应力实测，应力分析，综合考虑缺口附近的应力集中大小，确定结构危险部位及其应力水平。 （2）建立构件的S-N曲线 安全寿命设计的基础是由实验测定材料的S-N曲线。 （3）作古德曼图 对于稳定的非对称循环进行疲劳设计时，还需考虑平均应力对疲劳寿命的影响。最简单的办法是用古德曼图来建立交变应力值a、平均应力m和破坏循环数N三者的关系。简化的古德曼图是假定疲劳极限是经过对称循环变应力的疲劳极限点和静强度极限的点的一条直线，这条直线是等寿命线，符合直线方程，其表达式为 )1b1-m（，若取纵坐标为x，横坐标为m，当x为不同的值时。就得到不同的等寿命线，如图2所示。
图2古德曼图 若已知危险点的m、、b，则可从古德曼图上连结A（m，a）、
B（b，0）两点，延长AB直线交纵坐标于C，则直线BC是一条等寿命线，也就是说A点的寿命与C点相同，而A点为稳定的非对称循环，C点为对称循环，则A点的寿命就可以由C点应力查带系数的S-N曲线来确定了。通过古德曼图线就可以把稳定的非对称循环的应力水平转化成对称循环的应力水平，从而进行寿命估算。 （4）安全寿命估算 a) 稳定对称循环的寿命估算 首先有实测或计算得到构件危险部位危险点的应力幅值土a后，就可以从带系的S-N曲线上直接得到对应于此应力幅值的破坏循环数N（即寿命）。 b) 稳定的非对称循环的寿命估算 应力幅值及平均应力不随时间变化的非对称循环为稳定的非对
动载焊接结构设计Ⅲ(疲劳强度寿命计算)
****动载焊接结构的设计1、 焊接结构疲劳强度设计的一般原则设计过程可分为以下三个步骤：⑴ 考虑实用性，进行功能设计 根据结构未来的工作情况，合理地提出结构的承载能力、强度、刚度、耐蚀度、使用寿命等比较具体的要求。
考虑安全性，这些要求不能太低；考虑经济性，这些要求也不能过高。
⑵ 进行方案设计 根据上述要求，选择确定结构材料、结构构造形式、传动形式、自动化程度、控制方式、生产制造工艺等综合设计方案，它们互相联系，又互相制约；⑶ 进行具体的施工图设计 绘图前，进行必要的计算，以便确定结构的重要尺寸。
我们要讲的是如何合理选择动载焊接结构、焊接接头的结构形式和怎样进行必要的计算。
设计动载焊接结构必须特别强调两点：① “动载”，对应力集中非常敏感；②焊接接头属于刚性连接形式，对应力集中也比较敏感。
而且“焊接结构”难免有焊接残余应力、变形、焊接缺陷等，存在应力集中现象。
因此，设计动载焊接结构时，必须注意以下几点：⑴ 承受拉伸、弯曲、扭转的构件，截面面积变化时，尽量保持平顺、圆滑的过渡，尽量防止或减小构件截面刚度突然变化，避免造成较大的附加应力和应力集中。
⑵ 对接、角接、丁字、十字接头等，均应优先采用对接焊缝，少用角焊缝； ⑶ 单面搭接接头角焊缝的焊根、焊趾处，既有偏心弯矩的作用，又有严重的应力集中，承受疲劳载荷的能力很低，必须尽量避免采用这种接头形式；⑷ 承受疲劳载荷的角焊缝（未焊透的对焊缝，也看作角焊缝），危险点在应力集中比较严重的焊缝根部或焊趾处。
应采用如下措施：① 开坡口，加大熔深，减小焊缝根部的应力集中；② 将焊趾处加工成圆滑过渡的形状，减小焊趾的应力集中；⑸ 处于拉应力场中的焊趾、焊缝端部或其它严重的应力集中处（如裂纹），应设置缓和槽、孔，以便降低应力集中的影响。
总之，应采取一切措施，排除或减小应力集中的影响。
2、疲劳强度的许用应力设计法我国钢结构标准，原设计规范基本金属及连接的疲劳计算中，采用疲劳许用应力。
疲劳强度模型和S-N曲线
02
S-N曲线的基本概念
S-N曲线的定义
S-N曲线是描述材料或结构在循环载 荷作用下的疲劳性能的曲线，其中S 表示应力水平，N表示相应应力水平 下的疲劳寿命。
疲劳寿命是指材料或结构在某一应力 水平下发生疲劳断裂所需的循环次数 。
S-N曲线的绘制方法
通过疲劳试验获得不同应力水平下的疲劳寿命数据，以应力为横坐标，疲劳寿命 为纵坐标绘制曲线。
无法预测高周疲劳行为
S-N曲线主要适用于描述低周疲劳行为，对于高周疲劳行为（高应力水平下的疲劳）的预 测可能存在局限性。
未来研究方向与展望
发展多尺度疲劳强度模型
为了更准确地预测复杂应力状态下的疲劳行为，需要发展 多尺度疲劳强度模型，综合考虑微观结构和宏观尺度上的 材料性能。
引入人工智能技术
利用人工智能技术对实验数据进行拟合和预测，提高疲劳 强度模型和S-N曲线的精度和可靠性。
疲劳强度模型能够预测不同应 力水平下材料的疲劳寿命，为 结构设计和优化提供依据。
疲劳强度模型的重要性
疲劳强度模型在工程领域中具有重要意义，因为许多结构的失效都是由疲劳引起的。
通过疲劳强度模型，可以评估结构的疲劳寿命，预测其在使用过程中的安全性，从 而避免因疲劳失效导致的重大事故。
疲劳强度模型还可以用于优化结构设计，降低结构重量，提高结构效率，节约材料 和成本。
未考虑微观结构变化
疲劳强度模型通常基于宏观尺度上的材料性能， 未能充分考虑微观结构变化对疲劳性能的影响。
S-N曲线的局限性
实验数据离散性
S-N曲线是通过实验数据拟合得到的，由于实验条件、试样制备等因素的影响，可能会导 致实验数据存在离散性，影响S-N曲线的精度。
未考虑应力集中效应
S-N曲线通常基于光滑试样得到的，而在实际结构中，应力集中现象普遍存在，这可能会 对S-N曲线产生影响。
机械零件的疲劳强度计算分析
2 min 2
max m a m a min max min m 2 min a max 2 min r max
2、刚度 刚度是零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不足，产 生的弹性变形过大，会影响机器的正常工作（如果机床主轴刚度不足，会 影响零件的加工精度）。 设计计算时，必须使零件在载荷作用下产生的最大弹性变形量不超过许用 变形量：
[ ] [ ] [ ]
式中：
第三章 机械零件的疲劳强度计算
1、主要学习内容： 变应力的基本类型和材料的高周疲劳； 机械零件的疲劳强度计算； 机械零件疲劳强度计算的机构系数；
2、学习目标：
掌握变应力的基本类型； 掌握材料疲劳曲线；
掌握单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算；
掌握双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算； 了解单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算；
[ ] [ ] S lim [S ] lim [S ]
式中 [S ] 、 分别为正应力和切应力的许用安全系 [S ] 数； lim、 lim分别为极限正应力和极限切应力。
lim [S ] S lim [S ]
1、强度： 机械零件的强度可以分为体积强度和表面强度两种。 （1）体积强度： 零件的体积强度不足，会产生断裂或过大的塑性变形，体积强度就是 抵抗这两种失效的能力。 设计计算时必须使零件危险截面上的最大应力、 不超过材料的许 、 [ ] ，或使危险截面上的安全系数 S 、S 不小于零件的许用安 用应力[ ] [S ] 。 全系数 [S ] 、
第5章 结构疲劳寿命分析
¾ 显然，当Sm=0时，就是R= -1时的疲劳强度SN，当Sa=0时，载荷为静 载，有Sm=Su，在极限强度Su破坏。
SN为基本S-N曲线给出的、N循环寿命的疲劳强度！
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
例1 构件受拉压循环应力作用，Smax=800MPa，Smin=80MPa。若已知 材料的极限强度为Su=1200MPa，试估算其疲劳寿命。 解：1）确定工作循环应力幅和平均应力
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
破坏的定义：
疲劳破坏有裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展断裂三个阶段。应 力疲劳理论只研究裂纹萌生寿命。因此定义“破坏”为
① ②
标准小试件断裂。对脆性材料，裂纹萌生寿命（从裂纹萌生到扩 展至断裂的时间很短，对整个寿命影响很小）。 出现可见小裂纹（如1mm），或10%应变降。对于延性好的材 料，裂纹萌生后有较长时间扩展阶段，不应计入裂纹萌生寿命。 小裂纹观察困难时，可监测恒幅循环应力作用下的应变变化。当 试件出现裂纹后，刚度改变，应变随之变化，从而判断裂纹萌 生。
2. S-N曲线的近似估计
描述材料疲劳性能的基本S-N曲线，应当由R= -1的对称循环疲 劳实验给出，或查有关手册得到。在缺乏实验结果时，可依据材 料强度极限Su作出近似估计。
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
2. S-N曲线的近似估计
（1） 疲劳极限Sf与极限强度Su的关系 经过大量的实验和经验积累发现，对一般常用金属材料，有以 下经验关系：
工作循环应力（Sa，Sm） 等寿命（N）对称循环应力（SN）
Haigh图
二．疲劳分析基本理论
（一）应力疲劳分析理论
3. 平均应力对疲劳寿命的影响
疲劳强度理论分析
1. 名义应立法：计算全寿命，主要用于高周疲劳； 2. 局部应力—应变法：计算裂纹形成寿命； 3. 断裂力学法：计算裂纹扩展寿命。
（四）：疲劳试验 材料试验，实物结构试验，高周疲劳试验，低周疲劳试验，裂纹扩展寿命试验
（五）：常规疲劳强度设计：
），可
4.P-S-N 曲线 不同可靠度下的应力——寿命曲线
（1） S-N曲线中S,N的概率密度函数
大量实验表明：疲劳强度符合正态分布
（同寿命下的应力分布）。疲劳寿命符合对数
正态或威布尔分布（同应力水平下的寿命）
正态分布
——均值，也叫数学期望。
——标准差，数学上叫均方根值。
对数正态分布，将随机变量的对数函数进行分析。威布尔分布（寿命）
随机载荷下疲劳寿命研究实测载荷谱当量成对称循环下的载荷谱ii根据材料的sn曲线实物试验值和实测载荷谱代入计算模型638可计算不同可靠度下的疲劳寿命图612表621表622这里进行了两种构件侧架和摇枕的疲劳寿命计算iii与实际统计数据比较讲实际统计数据进行整理表627采用常规定时截尾试验发最后论证摇枕的实际平均寿命为328年计算值为3537年两值接近说明计算公式可以
疲劳试验在疲劳试验机上进行，有弯曲疲劳试验机和拉—压疲劳 试验机等。
2 疲劳分析的有关参数
应力幅
平均应力 最大应力 最小应力 应力范围
应力比
对称循环， 脉动循环 静应力
3 材料的S—N曲线 根据不同应力水平分组进行疲劳试验，
根据实验数据进行拟合，一般采用最小二乘 法。 曲线为指数曲线，即： 对上式两边去对数 ：
也就是许用应力法： 存在问题：
a. 设计的机械零件特别笨重（为了安全，只有加大整个截面尺寸）； b. 尽管笨重，但仍有疲劳裂纹产生。 原因： a. 疲劳裂纹发生在构件的危险点的局部区域，通过裂纹不断扩展，
第二章 疲劳强度模型和S-N曲线
3、平均应力的影响 材料的疲劳性能，用作用应力S与到破坏时 的寿命N之间的关系描述。在疲劳载荷作用 下，最简单的载荷谱是恒幅循环应力。 R=-1时，对称恒幅循环载荷控制下，试验 给出的应力—寿命关系，是材料的基本疲 劳性能曲线。
• 本节讨论应力比R变化对疲劳性能的影响。 • 如图所示，应力比R增大，表示循环平均应 力Sm增大。且应力幅Sa给定时有 • Sm=(1+R)Sa/(1-R)
材料疲劳性能试验所用标准试件，（通常为7～10件）， 在给定的应力比R下，施加不同的应力范围S，进行疲劳试 验，记录相应的寿命N，即可得到图示S-N曲线。 S
N
由图可知，在给定的应力比下，应力范围S越小，寿命 越长。当应力范围S小于某极限值时，试件不发生破坏， 寿命趋于无限长。 由S-N曲线确定的，对应于寿命N的应力范围 ，称为寿 命为N循环的疲劳强度。寿命N趋于无穷大时所对应的应 力范围S，称为材料的疲劳极限。 由于疲劳极限是由试验确定的，试验又不可能一直做下 去，故在许多试验研究的基础上，所谓的无穷大一般被定 义为： 钢材，107次循环，焊接件：2*106。
• 解： 确定循环应力幅和平均应力。 Sa=（Smax-Smin）/2=360MPa Sm=（Smax-Smin）/2=440MPa 循环应力水平等寿命转换， 用Goodman方 程有 （Sa/S-1）+(Sm/Su)=1 代入数据，得 S-1=568.4MPa 估算寿命。 N=C/S3=1.5*1015/568.43=8.1*106
• c）耐腐蚀钢材，抗腐蚀疲劳的性能较好； 许多普通碳钢的疲劳极限则下降较多，甚 至因腐蚀环境而消失。 • d）金属材料的疲劳极限一般是随温度的降 低而增加的。但随着温度的下降，材料的 断裂韧性也下降，表现出低温脆性。一旦 出现裂纹，则易于发生失稳断裂。高温将 降低材料的强度，可能引起蠕变，对疲劳 也是不利的。同时还应注意，为改善疲劳 性能而引入的残余压应力，也会因温度升 高而消失。
机械设计第3章 机械零件的疲劳强度
式中 ta′及a′为同时作用的切向及法向应力
幅的极限值。 由于是对称循环变应力，故应力幅即为最 大应力。弧线 AM'B 上任何一个点即代表一对 极限应力σa′及τa′。 若作用于零件上的应力幅a及ta如图中M点表示，则由于此工作应力点在 极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。 Sσ S τ OM ' S 计算安全系数： ca 2 OM Sσ S τ2 当零件上所承受的两个变应力均为不对称循环的变应力时
机械零件的疲劳强度计算2
计算安全系数及疲劳强度条件为：
S ca
max a m S max m a
根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定 以哪一个点来表示极限应力。 机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种： 应力比为常数：r=C 平均应力为常数σm=C 详细分析 最小应力为常数σmin=C
二、双向稳定变应力时的疲劳强度计算
§3-4 稳定变应力时安全系数的计算
机械零件的疲劳强度计算4
当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力a 和ta时，由实验得 出的极限应力关系式为：
ta a t 1 1e 1e
2 2
机械零件的疲劳强度计算1
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响， 使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。 以弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋσ表示材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1 与零件对称循环弯曲疲劳极限σ-1e的比值，即 K 1 在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。 将零件材料的极限应力线图 中的直线A'D'G' 按比例向下移， 成为右图所示的直线ADG，而极 限应力曲线的 CG 部分，由于是 按照静应力的要求来考虑的，故 不须进行修正。这样就得到了零 件的极限应力线图。
齿轮弯曲疲劳强度试验方法
齿轮弯曲疲劳强度试验方法齿轮弯曲疲劳强度试验方法是研究齿轮在实际应用中抵抗弯曲疲劳能力的重要手段。
本文将详细介绍齿轮弯曲疲劳强度试验的具体步骤、注意事项及试验结果分析。
一、试验目的齿轮弯曲疲劳强度试验旨在评估齿轮在受到交变载荷作用下的弯曲疲劳性能，为齿轮设计、制造和应用提供依据。
二、试验设备1.弯曲疲劳试验机：用于施加交变载荷，模拟齿轮在实际工作过程中的受力状态。
2.试样制备：根据齿轮的尺寸和形状，制备合适的试样。
3.测量工具：如游标卡尺、千分尺等，用于测量试样的尺寸。
4.荷载传感器：用于测量试验过程中的荷载大小。
5.数据采集系统：用于实时记录试验数据。
三、试验步骤1.制备试样：根据齿轮的尺寸和形状，制备合适的试样。
2.安装试样：将试样安装到弯曲疲劳试验机上，确保试样与试验机之间的接触良好。
3.施加荷载：根据齿轮的设计载荷，设置试验机的载荷参数。
4.开始试验：启动试验机，使试样受到交变载荷的作用。
5.观察试样：在试验过程中，实时观察试样表面的裂纹和变形情况。
6.记录数据：记录试验过程中的荷载、循环次数等数据。
7.停止试验：当试样出现明显的裂纹或达到预定的循环次数时，停止试验。
四、注意事项1.试样的制备应严格按照齿轮的实际尺寸和形状进行，以保证试验结果的准确性。
2.确保试验机与试样之间的接触良好，避免因接触不良导致的试验误差。
3.在试验过程中，应密切关注试样的裂纹和变形情况，及时记录数据。
4.遵循试验机的操作规程，确保试验安全、顺利进行。
五、试验结果分析1.对比不同齿轮材料的弯曲疲劳强度，为齿轮选材提供依据。
2.分析齿轮设计参数（如模数、齿数等）对弯曲疲劳强度的影响，为优化设计提供参考。
3.研究齿轮制造工艺对弯曲疲劳性能的影响，为改进制造工艺提供指导。
4.通过试验结果，评估齿轮在实际应用中的弯曲疲劳寿命。
总之，齿轮弯曲疲劳强度试验是确保齿轮质量、提高齿轮应用性能的重要手段。
03-02 机械零件的疲劳强度计算讲解
• 尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺
寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为
显著的作用。
（3）双向稳定变应力时零件的疲劳强度计算
3. 计算安全系数
4. 不对称循环的变应力
（4）提高机械零件疲劳强度的措施
• 尽可能降低零件上的应力集中的影响
• 可采用减荷槽来降低应力集中的作用；
（4）提高机械零件疲劳强度的措施
• 选用疲劳强度高的材料；
• 提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺；
• 提高零件的表面质量；
3-2 机械零件的疲劳强度计算
（0）零件的极限应力线图 （1）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 （2）单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 （3）双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 （4）提高机械零件疲劳强度的措施
（0）零件的极限应力线图
1. 材料的极限应力线图 2. 零件的极限应力线图
（1）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算
计算零件疲劳强度的基本方法: • 零件危险截面上的σmax和σmin；
• 平均应力σm和应力幅σa
• 标出工作应力点M；
• 找出和工作应力 点相对应的疲劳 强度极限； • 计算零件工作的 安全系数。
（1）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算
1. 变应力的循环特性保持不变（r = C ）
3. 变应力的最小应力保持不变（σmin = C ）劳极限，分母看成是 一个与原来作用的不对称循环变应力等效的对称循环变应力。
• 应力的等效转化 ：
• 计算安全系数为：
（2）单向不稳定变应力时零件的疲劳强度计算
• 不稳定变应力可分为非规律性的和规律性的两大类。 • 疲劳损伤累积假说：Miner法 则
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 •