单轴和多轴疲劳准则下的车轮疲劳强度分析
高载荷作用下Ti6242钛合金低周疲劳和保载疲劳损伤行为分析
高载荷作用下Ti6242钛合金低周疲劳和 保载疲劳损伤行为分析 张明达, 曹京霞, 隋 楠, 周 毅, 黄 旭 （中国航发北京航空材料研究院 先进钛合金航空科技重点实验室，北京 100095） 摘要：Ti6242作为一种力学性能优异的近α型钛合金，与其他近α和α+β型钛合金类似，在接近室温时表现出保载疲劳的特征。本研究借鉴钛合金保载疲劳敏感性随测试载荷提升而上升的变化规律，设计高载荷的低周疲劳和保载疲劳力学性能测试，结合微观组织观察、力学性能表征和断口分析，系统分析微观组织和高载荷作用下低周疲劳和保载疲劳损伤行为，建立微观组织与力学性能的联系，总结不同载荷条件下的断口特征与规律，评估高载荷测试条件下Ti6242钛合金保载疲劳敏感性，结果证明通过提高载荷来表征Ti6242钛合金的保载疲劳性能具有可行性。关键词：钛合金；保载疲劳；高载荷；断口分析doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000085 中图分类号：TG146.2+ 3 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2019)01-0055-07 钛合金具有较高强度、较低密度、极好的耐腐蚀性能和较高疲劳强度等性能特点。近20多年来，钛合金材料和制品在不断地摸索和实践过程中，其生产技术和种类更加丰富和成熟，发展速度远超过其他金属结构材料。作为一种高性能轻质金属结构材料，钛合金在航空航天领域得到广泛应用，其中，近α和α+β型钛合金由于具有优异的抗蠕变和抗疲劳等综合力学性能，通常被用于制备航 空发动机的压气机盘、风扇及叶片等零部件[1-4] 。 Ti6242是一种具有优异力学性能的典型近α型钛合金。与其他近α和α+β型钛合金类似，Ti6242钛合金在接近室温温度区间时表现出保载疲劳的力学性能特征，即此类钛合金材料和零部件在进行连续周期载荷疲劳性能测试时，在最大载荷停留一段时间会引起疲劳寿命的明显降低 [5-7] 。多 起与保载疲劳相关的航空事故引起钛合金领域研究人员的关注，并在随后的研究和试制过程中增加了对保载疲劳性能的关注和考核。一般认为，不同于常规三角波或者正弦波模拟疲劳失效过程的载荷方式，使用梯形波的疲劳波形模拟钛合金的疲劳行为更接近飞行器在服役过程中的实际载荷变化情况[8] 。 目前文献资料中多使用不同种类钛合金各自80%~95%屈服强度值作为保载载荷进行保载疲劳相关性能测试，例如Mcbagonluri 等使用80%屈服强度的保载载荷对比了具有不同特征组织的Ti6242钛合金的保载疲劳性能[7] 。大部分学者使用90%~95%屈服强度值对多种金属材料进行保载疲劳相关力学性能测试和研究 [9-13]。研究结果显示 出钛合金在接近屈服强度载荷条件下保载疲劳性能的规律性和重要性，但是，在较低保载载荷条件下进行钛合金梯形波保载疲劳性能测试，通常需要较长测试时间和较高测试成本，使用常规保载载荷条件下的疲劳失效周期最高可接近104 周次，这意味着长达十余天的长时间测试周期和高达数万元的高测试成本 [11] 。 提高保载载荷除可以明显缩短测试周期并节约测试成本外，还能一定程度表征材料在实际服役过程由于超载荷使用、设计不合理等因素引起的局部高应力条件下材料失效演变过程。本研究结合钛合金保载疲劳敏感性随载荷提升而增强的变化规律特点 [12] ，使用高于常规保载疲劳测试条件的载 荷进行一般低周疲劳和保载疲劳测试，评估高载荷条件下Ti6242钛合金的保载疲劳敏感性，对比不同载荷大小和方式条件下的疲劳断口特征。 1 实验材料及方法 所用材料为Ti6242钛合金，名义成分为Ti- 收稿日期：2018-08-02；修订日期：2018-10-23基金项目：国家自然科学基金（91860106） 通讯作者：张明达（1987—），男，博士，工程师，主要从事新型钢铁材料和钛合金材料研究工作，（E-mail ）159********@https://www.360docs.net/doc/e610634342.html, 。 2019 年第 39 卷航 空 材 料 学 报 2019，Vol. 39第 1 期 第 55 – 61 页 JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.1 pp.55 – 61
弯曲工况下车轮强度、疲劳分析方法对比
弯曲工况下车轮强度、疲劳分析方法对比 车轮主要由轮辋和轮辐组成。轮辋是支撑轮胎的基座，轮辐是作为车轮和车轮轮毂的连接件，主要起传递载荷（垂直力、侧向力和切向力转矩）的作用[1]。轮辋与轮辐焊接后与轮胎组成一个整体，共同承受汽车的重力、制动力、驱动力、汽车转向时产生的侧向力及所产生的力矩，还要承受路面不平产生的 冲击力。车轮工作条件严酷，其质量直接影响汽车行驶过程的安全性，因此， 应有一定的强度、刚度和工作耐久性能。在汽车车轮的实际使用过程中，80% 以上的车轮破坏是由疲劳破坏引起的，而在衡量疲劳性能的径向疲劳试验中， 又以弯曲疲劳失效率最高。国外建立了JWL、DOT 和ISO 等相关车轮弯曲疲 劳试验标准，这些标准都是模拟车轮在弯矩作用下的受载情况。我国《GB/T 5334-2005 乘用车车轮性能要求和试验方法》对于乘用车车轮的试验方法进行了规定。该试验是使车轮在一个固定不变的弯矩下旋转，或是车轮静止不动承 受一旋转弯矩，以车轮不能继续承受载荷（如结构失稳）和出现侵入车轮断面 的可见疲劳裂纹为失效标准。本文利用5 种建模方式对车轮进行离散，对弯曲工况车轮的强度与疲劳分析结果进行对比，寻找简单且结果准确的建模方式。 1 模型描述本文利用HyperMesh 软件分别采用以下五种方式进行建模。1.1 模型1（壳单元离散，不考虑接触与预紧力）轮辋、轮辐与焊缝均使用壳单元模拟，总装件的螺栓连接与加载轴均用KINCOUP 刚性单元模拟，加载圆盘使用 B31 模拟，如图1 所示。1.2 模型2 （体单元离散，不考虑接触与预紧力）轮辋、轮辐、焊缝使用实体单元模拟，总装件的螺栓连接与加载轴均用KINCOUP 刚性单元模拟，加载圆盘使用B31 模拟，如图1 所示。图1 未考虑预紧力的车轮有限元模型 1.3 模型3（壳单元离散，考虑预紧力，接触对模拟接触）轮辋、轮辐与焊缝
材料力学课程设计--五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
材料力学课程设计设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
1．课程设计的目的 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1．使所学的材料力学知识系统化、完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2．综合运用了以前所学的各门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等）使相关学科的知识有机地联系起来。 3．使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后继课程的教学打下基础。 2．课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 3．课程设计的题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 6－1 设计题目 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ-1=155MPa,磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2，疲劳安全系数n=2，要求： 1）绘出传动轴的受力简图; 2）作扭矩图及弯矩图； 3）根据强度条件设计等直轴的直径； 4）计算齿轮处轴的挠度；（按直径Φ1的等直杆计算） 5）对阶梯传动轴进行疲劳强度计算；（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度）； 6）对所取数据的理论根据作必要的说明。 说明： a) 坐标的选取均按下图6—1所示； b) 齿轮上的力F与节圆相切； c) 数据表中P为直径D的皮带轮传递的功率， P为直径为D1的皮带轮传递的功率。 1
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
车轮强度疲劳分析
车轮强度疲劳分析 作者：长安汽车股份有限公司闫立志袁登木高晓庆陈启亮 摘要：汽车车轮主要承受循环载荷，借助MD.Nastran 及MSC.Fatigue 模拟车轮在循环对称载荷作用下的强度和疲劳，可以有效地指导车轮的设计。 关键词：车轮；强度；疲劳；MD.Nastran；MSC.Fatigue 1 引言 汽车车轮的功用是支持全车的重量，承受驱动力、制动力、以及地面对车轮的各种力，并通过轮胎与地面的接触而实现汽车的运动。因此车轮的强度疲劳对于整车的正常使用有非常重要的作用，而实际使用中，车轮主要承受径向载荷，也是车轮破坏的主要载荷形式，因此本论文针对车轮在滚动过程中承受径向载荷作用下，车轮强度疲劳分析并进行结构优化。 2 基于Nastran 的汽车车轮循环对称响应分析（SOL109） 本文以某项目开发为例，利用MSC.Nastran 分析车轮，并对危险部位通风孔进行结构改进及优化，得到较优方案，为设计提供参考意见。 2.1 模型文件 本文主要对比不同车轮通风孔结构及位置对车轮强度疲劳的影响，如下是某款车型的车轮结构示意图。 图1 车轮结构
方案一为初始设计方案，通风孔直径为Φ 30mm; 方案二为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm； 方案三为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm，同时将通风孔直径扩大到Φ 34mm； 2.2 边界条件与分析方法 本次分析中，约束车轮底面，在距车轮底面中心1.0m 处沿Y 和Z 方向分别施加两个大小相等的载荷。 图2 车轮有限元分析模型 为了模拟车轮的旋转，本次分析采用SOL109 进行分析，考虑通过对Y 和Z 方向两个大小相等的载荷分别乘以两条正弦和余弦曲线的方式来实现力的旋转。 2.3 分析结果 本次分析的载荷为每隔9 度输出一个结果，一共产生41 个结果，在后处理软件中将这41个结果进行取大值处理后，输出如图3 所示的应力分布图：
曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算
材料力学课程设计 班级： 作者： 题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算 指导老师 2015.6.6
一、课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。 二、课程设计的任务和要求 要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。三、设计题目 某柴油机曲轴材料为球墨铸铁（QT400-10），[σ]=120MPa，曲柄臂抽象为矩形（如图），h=1.2D，b/h=2/3（左、右臂尺寸相同），l=1.5e，l4=0.5l，已知数据如下表： F/kN W/kN l1/mm l2/mm l3/mm e/mm α(?) 20 5.4 380 230 120 120 12 1. 画出曲轴的内力图。 2. 按照强度条件设计主轴颈D和曲轴颈的直径d。 3. 校核曲柄臂的强度。
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
城际动车组车轮疲劳强度与寿命评估
城际动车组车轮疲劳强度与寿命评估 车轮是保证动车组运行的关键零部件,随着动车组的高速化和普及化,对车轮的使用要求也越高,为了保证列车的行车安全,就需要对车轮的强度和疲劳寿命提出更高的要求。因此,对动车组车轮的疲劳强度进行理论研究与分析有着重要的意义。 本文在对国内外轨道车辆车轮强度研究方法、理论与试验研究过程的文献进行了综述的基础上,详细介绍了国外车轮的标准、国内外车轮疲劳强度研究的发展现状和车轮疲劳失效的主要形式,介绍了有限元法、疲劳强度评价方法、疲劳寿命预测方法。运用有限元建模软件Hypermesh建立了城际动车组车轮的新轮和磨耗轮的三维实体有限元模型,然后应用ANSYS软件对车轮轮轴过盈配合对车轮应力的影响进行分析,为了分析辐板孔对车轮强度的影响,选取三个截面位置,并在这三个位置上根据UIC510-5标准中的直线、曲线、道岔三种疲劳分析工况进行加载,从而分别确定了9个工况并对新轮和磨耗轮进行静强度和疲劳强度分析以及寿命评估。 过盈分析表明随着过盈量的增加,轮轴之间的应力值会随之增加,并且近似呈线性关系,且在相同过盈量下的新轮和磨耗轮的应力基本相同。静强度评估结果表明新轮和磨耗轮在9种工况下都满足静强度要求,并分析了9种工况下新轮和磨耗轮的Von Mises应力、第一主应力以及第三主应力的应力分布情况。 对车轮辐板的疲劳强度评估使用的是Haigh形式的Goodman曲线,对车轮辐板孔疲劳评估采用的是Crossland曲线,可以看出车轮的辐板和辐板孔均满足疲劳强度要求,车轮的疲劳薄弱部位是垂直或者平行于车轮半径的辐板孔的孔边缘中间位置或中间位置连线上的点上,且疲劳寿命均满足无限寿命要求。
基于改进的Goodman曲线的车轮疲劳强度评估方法研究
第14卷第4期 铁道科学与工程学报 Volume 14 Num b e r4 2017 年 4 月Journal of Railway Science and Engineering April 2017 基于改进的Goodman曲线的 车轮疲劳强度评估方法研究 王悦东，张佳宇 (大连交通大学交通运输工程学院，辽宁大连116028) 摘要：传统的Haigh型式的G o o d m a n曲线计算方法比较简单，疫劳评估结果往往不能完整反应车轮的疫劳状况。为了弥 补Haigh型式的G o o d m a n曲线法在计算车轮疲劳强度过程中的不足和提高车轮疲劳强度安全系数计算的准确性，在Haigh 型式的G o o d m a n曲线法的基础上进行改进，完善车轮疫劳的计算工况及计算方法，将安全系数作为疫劳评估的关键参数。以多个不同类型的车轮为对象，进行有限元仿真分析，并分别运用Haigh形式的G o o d m a n曲线法、Crossland准则和改进的 G o o d m a n曲线法对车轮的幅板和福板孔等关键位置进行疲劳强度计算与评估。对比计算结果表明：3种方法的计算结果趋势 基本一致，在车轮的一些评估位置改进的G o o d m a n曲线法计算的安全系数欠要小于Haigh型式的G o o d m a n曲线方法的计算结 果，说明改进的G o o d m a n曲线计算方法更加安全有效。但是，对于非轴对称车轮的福板孔等位置，仍必须使用Crossland 准则评估疲劳强度，以保证车轮的运行安全。 关键词：车轮；疲劳强度；G o o d m a n曲线法；疲劳强度评估准则 中图分类号：U270.33 文献标志码：A文章编号：1672-7029(2017)04-0827-06 Assessment method for fatigue strength of wheel based on improved Goodman curve W A N G Y uedong,Z H A N G Jiayu (Department of Traffic and Transportation Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China) A b s tr a c t:D u e to the simplicity of traditional Haigh-Goodman method,the fatigue assessment usually cannot reflect the fatigue condition of wheels.To m a k e up the shortage of Haigh-Goodman method in calculating process of the wheel fatigue strength and improve the accuracy of the calculation of the wheel fatigue strength safety factor,the Haigh-Goodman method was improved,which included putting the safety factor as the key of fatigue assessment and improving the main method of calculation.Taking different types of wheels as objects,the finite element models were carried out.The fatigue strength of the key positions of the wheel was evaluated by the ways of the Haigh-Goodman method,improved G o o d m a n method and Crossland https://www.360docs.net/doc/e610634342.html,pared with the results, the three methods are basically identical.In m a n y positions of the wheel,the safety factor of the improved G o o d m a n method compared with Haigh-Goodman method are smaller,but for the plate holes of the non-axisymmetrical wheels,Crossland criterion s t i l l be used to evaluate the fatigue strength of wheels,to ensure the safe operation of wheels. K e y w o r d s:wheel;fatigue strength;G o o d m a n curve method;the evaluate criterion of fatigue strength 收稿日期：2016-05-14 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51208072);铁路总公司科学计划项目(2012G002-11);辽宁省教育厅优秀人才资助项目(LGQ2013052) 通信作者：王悦东(1977-)，男，黑龙江桦南人，副教授，博士，从事车辆工程结构疲劳可靠性研宄；E-mail: wydstar@https://www.360docs.net/doc/e610634342.html,
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
轴的强度校核方法汇总.
中国石油大学（北京）现代远程教育 毕业设计（论文） 轴的强度校核方法 姓名： 学号： 性别： 专业：批次：电子邮箱：联系方式：学习中心：指导教师： 2XXX年X月X日 轴的强度校核方法 摘要
轴是用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递的重要的零件。为实现机械产品的完整和可靠设计，轴的设计应考虑选材、结构、强度和刚度等要求。并应对轴的材料或设备的力学性能进行检测并调节，轴的强度校核应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。最后确定轴的设计能否达到使用要求，对轴的设计十分重要。 本文根据轴的受载及应力情况，介绍了几种典型的常用的对轴的强度校核计算的方法，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的介绍。当校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。 最后，本文对提高轴的疲劳强度和刚度提出相应改进方法，并对新材料，新技术的应用进行了展望。 关键词：轴；强度；弯矩；扭矩；
目录 第一章引言 (5) 1.1轴类零件的特点 (5) 1.2轴类零件的分类 (6) 1.3轴类零件的设计要求 (6) 1.3.1、轴的设计概要 (6) 132、轴的材料 (6) 1.3.3、轴的结构设计 (7) 1.4课题研究意义 (9) 第二章轴的强度校核方法 (11) 2.1强度校核的定义 (11) 2.2常用的轴的强度校核计算方法 (11) 2.2.1按扭转强度条件计算： (11) 2.2.2按弯曲强度条件计算： (13) 2.2.3按弯扭合成强度条件计算 (13) 2.2.4精确计算（安全系数校核计算） (20) 第三章提高轴的疲劳强度和刚度的措施 (25) 3.1合理的选择轴的材料 (25) 3.2合理安排轴的结构和工艺 (25) 3.3国内外同行业新材料、新技术的应用现状 (26) 总结 (31) 参考文献 (32)
五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
材料力学 课程设计说明书 设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算 学院 专业班 设计者 学号 指导教师 _年月日
目录 一设计目的 (3) 二设计任务和要求 (4) 三设计题目 (4) 四设计内容 (6) 五程序计算 (18) 六改进措施 (21) 七设计体会 (22) 八参考文献 (22)
一．材料力学课程设计的目的 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项：1．使学生的材料力学知识系统化、完整化； 2．在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题； 3．由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识和专业需要结 合起来； 4．综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来； 5．初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法； 6．为后继课程的教学打下基础。
二．材料力学课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 三．材料力学课程设计的题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 6－1 设计题目 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ 磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均-1=155MPa, 为2mm，疲劳安全系数n=2，要求： 1）绘出传动轴的受力简图; 2）作扭矩图及弯矩图； 3）根据强度条件设计等直轴的直径； 4）计算齿轮处轴的挠度；（按直径Φ1的等直杆计算） 5）对阶梯传动轴进行疲劳强度计算；（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度）； 6）对所取数据的理论根据作必要的说明。
传动轴的强度、变形及疲劳强度计算7-6-1(d)拿A的课程设计哦.
材料力学课程设计 题目:传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 数据：第26组 学号： 44100708 姓名：刘延庆 指导教师：李锋
目录 材料力学课程设计 (1) 设计说明 (2) 传动轴的受力简图 (5) 做弯矩图和扭矩图 (6) 等直传动轴直径的设计 (7) 计算轮处的挠度 (9) 传动轴的疲劳强度的计算 (10) 疲劳强度计算的C语言程序 (18) 本设计所用公式以及参数来自《材料力学》第二版．材料力学课程设计的目的: 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项： 1．使学生的材料力学知识系统化、完整化；
2．在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题； 3．由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识和专业需要结 合起来； 4．综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来； 5．初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法； 6．为后继课程的教学打下基础。 2．材料力学课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 3．材料力学课程设计的题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 7-6-1设计题目: 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ-1=155MPa,磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2，疲劳安全系数n=2. 要求: 1）绘出传动轴的受力简图; 2）作扭矩图及弯矩图； 3）根据强度条件设计等直轴的直径； 4）计算齿轮处轴的挠度；（按直径Φ1的等直杆计算） 5）对阶梯传动轴进行疲劳强度计算；（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度）； 6）对所取数据的理论根据作必要的说明。 说明： a) 坐标的选取均按下图6—1所示； b) 齿轮上的力F与节圆相切； c) 数据表中P为直径D的皮带轮传递的功率， P为直径为D1的皮带轮传递的功率。 1 6—2传动轴的零件图 Φ1 为静强度条件所确定的轴径，尺寸最后一位数准确到mm，并取偶数。
车轮、轨道强度校核
关于车轮、轨道的强度校核 计算依据： 车轮，D=350mm ，双轮缘； 轨道，型号30kg/m ，轻轨，双轨; 运输机荷载30t ，自重5t ，行驶速度12m/min ，工作类型：中级。 1. 疲劳计算（取车轮与轨道为先接触情况） (1) 计算轮压j P 的求解： 等效载荷 f kg Q Q d ?=?==180********.02? 等效轮压 f kg G Q P d d ?=+=+=57504/)500018000 (4/)( 计算轮压 f kg P k P d c j ?=??==I 4600 57508.00.1γ (2) 线接触局部挤压应力的计算： )( 3971)635(46002600)(2600f kg bD P j jx ?=??==σ ∏?55ZG 材料的车轮的许用接触应力7500~6500][=jx σ， 故 ][jx jx σσ= Q 55?材料的30kg/m 轻轨的许用接触应力4925~394025~20197][=?=jx σ， 故 ][jx jx σσ= 2. 强度校核 (1)最大计算轮压的求解： f k g P k P c j ?=+?==∏87504/)500030000(0.1max max (2) 线接触局部挤压应力的计算： )(5477)635(87502600)(2600max max f kg bD P j j ?=??==σ ∏?55ZG 材料的车轮的最大许用接触应力9000~8000][max =j σ， 故 ][m a x m a x j j σσ= Q 55?材料的30kg/m 轻轨的最大许用接触应力 9850~78805.2~0.220197][max =??=j σ， 故 ][m a x m a x j j σσ= 结论：上述车轮和轨道均满足该运输机的强度要求以及疲劳强度要求。
机械设计作业(Chp03 机械零件的疲劳强度)
第3章机械零件的疲劳强度 1.在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的（）。 A.屈服点 B.疲劳极限 C.强度极限 D.弹性极限 2.45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。 A.539 B.135 C.175 D.417 3.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＝0.82，尺寸系数εσ＝0.68，则其疲劳强度综合影响系数KσD=()。 A.0.35 B.0.88 C. 1.14 D. 2.83 －σa极限应力简图中， 4.在图示设计零件的σ （1）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（）。 （2）如工作应力点M所在的ON线与横轴之间的夹角θ＝90o 时，则该零件受的是（）。 （3）如工作应力点M所在的ON线与横轴间夹角θ＝50o，则 该零件受的是（）。 A.不变号的不对称循环变应力 B.变号的不对称循环变应力选择题4图 C.脉动循环变应力 D.对称循环变应力 5.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()。 A.σ－1，σ0，σs,Kσ B.σ－1，σ0，σs,KσD C.σ－1，σs,ψσ，Kσ D.σ－1，σ0，ψσ,Kσd 6.已知一零件的最大工作应力σmax=180MPa，最小工作应力σmin=－80MPa。则在图示的极限应力简图中，该应力点M与原点的连线OM与横轴间的夹角θ为()。 A.68o57＇44＇＇ B.21o2＇15＇＇ C.66o2＇15＇＇ D.74o28＇33＇＇ 7.在图示零件的极限应力简图上，M为零件的工作应力点 （1）若加载于零件的过程中保持最小应力σmin为常数。则该零件的极限应力点应为()。 （2）若在对零件的加载过程中保持应力比r为常数。则该零件的极限应力点应为()。 （3）若在对零件的加载过程中保持平均应力σm＝常数。则该零件的极限应力点应为()。 A.M1 B.M2 C.M3 D.M4 选择题6图选择题7图 8.已知45钢调制后的力学性能为：σb=620MPa，σs=350MPa，σ-1=280MPa，σ0=450MPa。则ψσ为()。 A. 1.6 B. 2.2 C.0.24 D.0.26 9.一零件由40Cr制成，已知材料的σb=980MPa，σs=785MPa，σ-1=440MPa，ψσ=0.3。零件的最大工作应力σmax=240MPa，最小工作应力σmin=－80MPa，疲劳强度综合影响系数KσD=1.44。则当应力比r=常数时，该零件的疲劳强度工作安全系数S为()。 A. 3.27 B. 1.73 C. 1.83 D. 1.27