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第八章　机器设备寿命估算

本章重要考点

1.磨损寿命的估算

2.疲劳寿命曲线及其应用

3.循环应力特性、材料疲劳极限及零件疲劳极限

4.疲劳损伤积累的含义、应用及零件寿命的估算

典型例题讲解

第一部分　客观题重要考点

【考点1】磨损寿命的估算

【例题·多选题】机器的寿命是指设备从开始使用到被淘汰的整个时间过程。受有形磨损影响的寿命有（ ）。

A.物理寿命

B.使用寿命

C.经济寿命

D.技术寿命

E.自然寿命

『正确答案』ABCE

『答案解析』设备的寿命分为自然寿命、技术寿命和经济寿命

自然寿命

也叫物理寿命、使用寿命，设备在规定的使用条件下，从投入使用到因为物质损耗而报废所经历的时间，受有形磨损的影响。

技术寿命

是设备从投入使用到因为技术落后而被淘汰所经历的时间。第Ⅱ种无形磨损可以缩短设备的技术寿命，而对设备进行技术改造可以延长其技术寿命。

经济寿命

是指设备从投入使用到因继续使用不经济而退出使用所经历的时间。受到有形磨损和无形磨损的共同影响。

【例题·单选题】（2010）下列关于设备磨损的说法中，正确的是（ ）。

A.设备在使用初期，零部件表面的粗糙度比较小，在使用过程中随着磨损而逐渐增大

B.设备的正常磨损寿命是指正常磨损阶段的磨损寿命，即第II阶段的磨损寿命

C.设备在进入急剧磨损阶段后，应开始考虑安排修理

D.材料的磨损强度数值越大，材料的耐磨性越差

『正确答案』D

『答案解析』设备在使用的初期，零件表面粗糙度相对较大，随着设备的使用，粗糙度会逐步降低，所以选项A不正确；设备的正常磨损寿命是指第I和第II阶段之和，所以选项B不正确；设备在进入急剧磨损阶段之前，应该考虑安排修理，所以选项C不正确；磨损强度tgα的数值决定了磨损速度：材料的耐磨性差，则tgα大，磨损速度也快，所以选项D正确。

【例题·单选题】已知磨损强度为1mm/年，且设备运行5年后，磨损率为1/4，则该设备的剩余寿命为（ ）年，极限磨损量为（ ）mm。

A.20、10 　

B.15、20

C.20、20 　

D.15、10

『正确答案』B

『答案解析』该设备总寿命为5/（1/4）＝20（年），剩余寿命为20－5＝15（年）。极限磨损量＝1×20＝20（mm）

【例题·多选题】以下说法中正确的有（ ）。

A.磨损强度是实际磨损量与极限磨损量之比

B.磨损寿命等于初期和正常磨损阶段之和

C.磨损率是实际磨损量与极限磨损量之比

D.在整个磨损过程中，磨损量与时间成直线关系

E.磨损寿命等于最大允许磨损量与磨损强度之比

『正确答案』BCE

『答案解析』磨损强度为单位时间磨损的厚度，磨损强度越大，表明材料耐磨性越差，所以选项A不正确；设备的正常寿命T是第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段时间之和，所以选项B正确；磨损率是指实际磨损量和极限磨损量之比，所以选项C正确；在磨损过程中，第二阶段是磨损量与时间成直线关系，其他两个阶段并不是直线关系，所以选项D不正确；因为磨损强度＝磨损量/对应的时间，所以磨损寿命等于最大允许磨损量与磨损强度之比，选项D正确。

【例题·多选题】下列各项中，（ ）是评价材料静强度的重要指标。

A.比例极限

B.弹性极限

C.屈服极限

D.强度极限

E.断裂极限

『正确答案』CD

『答案解析』屈服极限和强度极限是评价材料静强度的重要指标。

【例题·多选题】（2007）下列关于许用应力的说法中，正确的是（ ）。

A.许用应力是机械设计中允许零件或构件承受的最大应力值

B.只要零件或构件中的工作应力不超过许用应力，这个零件或构件在工作中就是安全的，否则是不安全的

C.在实际应用中，许用应力值一般由设计单位自己加以规定

D.许用应力等于考虑各种影响因素后经适当修正的材料失效应力除以安全系数

E.塑性材料以强度极限除以安全系数作为许用应力

『正确答案』ABD

『答案解析』许用应力是机械设计中的基本数据，在实际应用中，许用应力值一般由国家有关部门根据安全性和经济性的原则，按材料的强度、载荷、环境情况、加工质量、计算精确度和零件或构件的重要性加以规定，所以选项C不正确；塑形材料以材料的屈服极限除以安全系数，得到许用应力，所以选项E不正确。

【考点2】疲劳寿命曲线及其应用

【例题·单选题】（2009）下列关于S-N曲线（见图）的说法中，错误的是（ ）。

A.M点所对应的应力值σ称为条件疲劳极限

B.M点所对应的循环次数N0称为循环基数

C.P点（N＜N0）所对应的应力值σ称为有限寿命疲劳极限

D.N低于104～105所对应的有限寿命区为低周疲劳区

『正确答案』A

『答案解析』M点所对应的应力值σ称为疲劳极限，在有限寿命区，与给定的循环次数N对应的应力为有限寿命疲劳极限，又称为条件疲劳极限。

【例题·多选题】（2008）下列关于疲劳寿命的说法中，正确的有（ ）。

A.零件的疲劳寿命与零件的应力和应变水平有关，应力-寿命曲线和应变-寿命曲线统称为S-N曲线

B.大多数结构钢的疲劳极限比静强度极限高得多

C.循环基数用N0表示，当N≥N0为无限寿命区

D.在有限寿命区内，与给定循环N相对应的应力为条件疲劳极限

E.给定循环N低于105～106时，对应的有限寿命区为低周疲劳区

『正确答案』ACD

『答案解析』大多数结构钢的疲劳极限比静强度极限低得多，所以选项B错误；在有限寿命区内，与给定循环N相对应的应力为有限寿命疲劳极限，又称为条件疲劳极限，所以选项D正确；给定循环N低于104～105时，对应的有限寿命区为低周疲劳区，所以选项E不正确。

【例题·多选题】下列关于疲劳寿命曲线的说法中，正确的有（ ）。

A.应力－寿命曲线和应变－寿命曲线统称为S－N曲线

B.S-N曲线依疲劳试验数据画出，在疲劳试验中都以实际零件作为试件

C.条件疲劳极限大于疲劳极限

D.疲劳寿命N低于106时对应的有限寿命区称为低周疲劳区

E.当N小于循环基数时，根据该区域的疲劳寿命曲线所做的疲劳强度计算称为有限寿命计算

『正确答案』ACE

『答案解析』S-N曲线是通过标准件试件测出试验数据画出的，所以选项B不正确；疲劳寿命N低于104~105时对应的有限寿命区称为低周疲劳区，所以选项D不正确。

【例题·单选题】（2007）对于大多数结构钢，其疲劳极限（ ）它的静强度极限。

A.略小于

B.远远小于

C.略大于

D.远远大于

『正确答案』B

『答案解析』对于大多数结构钢而言，疲劳极限远远小于静强度极限。

【例题·多选题】（2007）S-N曲线是由疲劳实验获得的，在疲劳实验中所使用的试件与实际零件有差异,所以在使用时应该引入（ ）。

A.表面状态系数

B.安全系数

C.尺寸系数

D.应力集中系数

E.材料系数

『正确答案』ACD

『答案解析』S-N曲线是由疲劳实验获得的，在疲劳实验中所使用的试件与实际零件有差异,所以在使用时应该引入表面状态系数、尺寸系数和应力集中系数。

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（责任编辑：中大编辑）