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2011年注册资产评估师考试机电设备辅导讲义(44)

发表时间:2011/8/30 17:17:27 来源:互联网 点击关注微信:关注中大网校微信
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五、疲劳极限

材料疲劳极限可从有关设计手册、材料手册中查出。缺乏疲劳极限数据时,可用经验的方法根据材料的屈服极限σs,和强度极限σb计算。

零件的疲劳极限σrk 和τrk是根据所使用材料的疲劳极限,考虑零件的应力循环特性、尺寸效应、表面状态应力集中等因素确定的。按表8-1计算。

(一)有效应力集中系数 K

有效应力集中系数是指在相同试验条件下,光滑试件与有应力集中的试件的疲劳极限之比(其确定方法有实验法和计算法两种)。

(二)尺寸系数ε

尺寸系数是指在相同情况下,尺寸为d的零件的疲劳极限与标准试件的疲劳极限之比。

(三)表面状态系数β

经过某种加工的零件的疲劳极限与标准试件的疲劳极限之比。表面粗糙度的值高于标准试件时β<1.0;用表面强化方法,如表面热处理和表面冷加工硬化等,可使β大于1.0。

(四)不对称循环度系数Ψ

指应力循环特征对疲劳极限的影响系数,Ψσ、Ψτ分别表示弯曲和扭转时的情况。

例8-5 某机器中使用的轴,其危险截面上承受的最大弯曲应力σmax = 80Mpa , 最小弯曲应力σmin = - 80Mpa , 该截面的尺寸系数 εσ = 0.84,表面质量系数 β= 0.93,有效应力集中系数 Kσ = 1.88 ,轴所使用的材料的弯曲疲劳极限σ-1 = 245 Mpa ,若规定安全系数 [ n ] = 2 , 试校核计算该轴是否安全?

答:

(1)∵ σmax = -σmin

∴ r = -1

即该轴承受对称循环交变弯曲应力

(2)考虑尺寸系数、表面状态系数以及应力集中系数后,在轴的危险截面上,

(3)该轴段的安全系数

结论:该轴不安全。

六、疲劳损伤积累理论

当零件的应力高于疲劳极限时,每一次应力循环都会对零件造成一定量的损伤。这种损伤是可以积累的。线性疲劳损伤积累理论认为,每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的,总损伤是每一次疲劳损伤的线性累加。

帕姆格伦—迈因纳(Palmgren-Miner)定理。

损伤率达到 100 %时,发生疲劳损坏。

疲劳寿命 N

式中 代表应力为σi的循环数在载荷谱的总循环数中所占的比例,可以从载荷谱中求得;Ni

是对应于σi 的循环次数,可以从S—N曲线求得。

例8-6:某零件的载荷谱中,有三种交变载荷。对应的应力幅为σ1、σ2 和σ3,出现的频率为10%、60%和 30%。如果已查到对应于三个应力达到疲劳破坏的循环次数分别为103、104和106次。试计算该零件在上述载荷作用下达到疲劳破坏时的总循环次数。

解:根据式8-11

即,在上述载荷作用下达到疲劳破坏时的总循环次数为6238次。

七、疲劳寿命理论的应用

在机器设备中,几乎所有机器设备的结构部分都承受疲劳载荷,它们的主要失效形式是疲劳破坏,如起重机的主梁、飞机的机体等的失效。一般来讲,设备的结构寿命是决定整个设备自然使用寿命的基础,如起重机报废标准中规定:主梁报废即标志着安全使用寿命的终结,可申请整车报废。在机器设备评估中,疲劳寿命理论主要用于估算疲劳寿命和疲劳损伤。

1.对于重要设备的评估,我们必须根据设备所承受的实际载荷,使用疲劳寿命理论对设备的实际疲劳损伤程度和剩余寿命进行计算。其基本步骤如下:

(1)统计计算危险断面各种载荷所对应的名义应力σi及作用次数ni ;

(2)根据S—N曲线确定每一载荷所对应的应力水平σi下,达到疲劳破坏的循环次数Ni;

(3)根据疲劳损伤积累理论计算每一应力水平σi下的损伤率ni/Ni;

(4)计算总损伤率ni/Ni。

例8-7:已知某起重机已经运行 380 天,循环基数 N0 = 107 ,危险截面的应力、每日循环次数以及相应应力水平下对应的应力循环次数,均已在下表中给出。 试计算该机器的疲劳损伤率、总寿命和剩余寿命为多少?

表8-2某部件危险截面应力和出现次数如下

序号应力每天出现次数对应的疲劳破坏循环次数

123651.0×104

219894.15×104

3135289.3×155

4101559.9×106

58089>107

解:教材453页

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(责任编辑:中大编辑)

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