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AISIM50,M50NiL和AISI52100钢的滚动接触疲劳寿命和剥落扩展第三部分:金相检测

AISIM50,M50NiL和AISI52100钢的滚动接触疲劳寿命和剥落扩展第三部分:金相检测
AISIM50,M50NiL和AISI52100钢的滚动接触疲劳寿命和剥落扩展第三部分:金相检测

疲劳试验标准大全

疲劳试验列表 ISO 12108 金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法… ISO 12107 金属材料疲劳试验统计方案和数据分析方法… ISO 1352 钢扭应力疲劳试验方法… ISO 1143 金属旋转弯曲疲劳试验方法… GB/T6398 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法… ASTM E2207-02 薄壁管应变控制轴向扭转疲劳试验方法… ASTM E1949-03 粘贴金属电阻应变片室温疲劳寿命试验方法… ASTM E796-94 金属箔延性试验方法… ASTM E739-91 线性或线性化应力-寿命(S-N)和应变-寿命(e-N)… ASTM E647-05 疲劳裂纹扩展速率试验方法… ASTM E606-04 应变控制疲劳试验方法… ASTM E468-90 金属材料恒幅疲劳试验结果表示方法… ASTM E466-96 金属材料力控制恒幅轴向疲劳试验方法… ISO 12106 金属材料–疲劳试验–轴向应变控制方法… ISO 1099 金属材料–疲劳试验–轴向力控制方法… GB/T3075 金属轴向疲劳试验方法… GB/T4337 金属旋转弯曲疲劳试验方法… GB/T7733 金属旋转弯曲腐蚀疲劳试验方法… GB/T12443 金属扭应力疲劳试验方法… GB/T2107 金属高温旋转弯曲疲劳试验方法… 疲劳试验列表 GB/T15248 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法… GB/T10622 金属材料滚动接触疲劳试验方法… ISO 12108 金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法 标准英文名称 Metallic materials – Fatigue testing – Fatigue crack growth method 标准编号 ISO 12108 实施年份 2002 标准中文名称 金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法 适用范围 适用于金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值的测定。应用于材料检验,失效分析,质量控制,选材及新金属材料研发等方面。

疲劳分析方法

疲劳寿命分析方法 摘要:本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况,重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。 疲劳是一个既古老又年轻的研究分支,自Wohler将疲劳纳入科学研究的范畴至今,疲劳研究仍有方兴未艾之势,材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一,从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。 金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert在1829年前后完成的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验,以校验其可靠性。1843年,英国铁路工程师W.J.M.Rankine对疲劳断裂的不同特征有了认识,并注意到机器部件存在应力集中的危险性。1852年-1869年期间,Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下,其强度人大低于它们的静载强度,提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法,并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。1874年,德国工程师H.Gerber开始研究疲劳设计方法,提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。Goodman讨论了类似的问题。1910年,O.H.Basquin提出了描述金属S-N曲线的经验规律,指出:应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。Bairstow通过多级循环试验和测量滞后回线,给出了有关形变滞后的研究结果,并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。L.F.Coffin和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系,即Coffin—Manson公式,随后形成了局部应力应变法。 中国在疲劳寿命的分析方面起步比较晚,但也取得了一些成果。浙江大学的彭禹,郝志勇针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取以及在真实工作环境下的疲劳寿命等问题,以发动机曲轴部件为例,提出了一种以有限元方法,动力学仿真分析以及疲劳分

橡胶耐疲劳性能影响因素

橡胶耐疲劳性能影响因素 就橡胶材料而言,疲劳寿命是指橡胶材料在重复变形的过程中,当其承受的局部变形应力超过橡胶的延伸率或应力极限时,疲劳过程开始,以至于最后达到破坏。这种疲劳破坏的开始点是由于橡胶表面或内部的不均匀性所造成的。 橡胶材料的破坏主要是由于其内部的缺陷或微裂纹引发的裂纹不断传播和扩展而导致的。按照分子运动论的观点,橡胶材料的动态疲劳破坏归因于材料本身分子链上化学键的断裂,即试样在受到周期应力一应变作用过程中,应力不断地集中于化学键能比较弱的部位而产生微裂纹,继而发展成为裂纹并随着时间的推移而逐步扩展开来。裂纹发展是一个随着时间而发展,涉及到橡胶材料的分子链连续断裂的粘弹性非平衡动态变化过程。这一微观发展过程在宏观上的表现是,橡胶材料在动态应力一应变的疲劳过程中,裂纹穿过试样不断扩展,直到断裂以及产生与之所伴随的热效应。 橡胶材料的动态疲劳过程一般可以分为三个阶段:第一阶段是应力剧烈变化,出现橡胶材料在应力作用下变软的现象;第二阶段是应力缓慢变化,橡胶材料表面或内部产生微裂纹,经常称之为破坏核;第三阶段是微裂纹发展成为裂纹并连续不断地扩展开,直到橡胶材料完全出现断裂破坏现象,最后这一阶段是橡胶材料疲劳破坏的最重要的阶段。 使用炭黑填充的天然橡胶硫化胶在一定负荷下多次拉伸变形时,橡胶的物理机械性能在疲劳过程中,拉伸强度先是逐步上升的,经过一个极大值后再开始下降,而撕裂强度、动态弹性模量和力学损耗因子的变化则相反。在疲劳过程中,胶料的拉伸强度几乎保持不变。300%定伸应力的疲劳开始阶段明显增大,然后增大趋于缓慢;扯断伸长率则随疲劳周期的变化而下降,在高应变疲劳条件下,具有拉伸结晶性的橡胶抗疲劳破坏性能较好。未使用补强剂补强的橡胶材料,其破坏形态一般表现为塑性破坏,而使用炭黑或其它活性填料作补强剂的橡胶材料则表现为脆性破坏,且随着各种防老剂的加入,其破坏形态由脆性破坏逐步向准塑性破坏形态转变。 天然橡胶在受到一定频率的应力作用的条件下,由于分子链的内摩擦而生热是其动态疲劳破坏的另外一种因素。当疲劳生热的温度低于120℃时,天然橡胶制品内部将发生化学交联键的结构变化,主要是发生交联键及链段的热裂解反应,首先是多硫交联键减少,而单、双键逐渐增加。总的表现是交联键的密度在增加,宏观的表现为胶料的硬度和定伸应力增加。由于胶料内部发生了以上微观结构的变化,从而进一步造成产品内部的生热继

影响金属材料疲劳强度的八大因素

影响金属材料疲劳强度的八大因素 Via 常州精密钢管博客 影响金属材料疲劳强度的八大因素 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等,内在因素包括材料本身的成分,组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化,均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面,这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据,以保证零件具有高的疲劳性能。 应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度,都是用精心加工的光滑试样测得的,然而,实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口,如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中,使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力,零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt :在理想的弹性条件下,由弹性理论求得的,缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数(或疲劳应力集中系数)Kf:光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响,而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加,但通常小于理论应力集中系数。 疲劳缺口敏感度系数q:疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度,由下式计算。 q的数据范围是0-1,q值越小,表征材料对缺口越不敏感。试验表明,q并非纯粹是材料常数,它仍然和缺口尺寸有关,只有当缺口半径大于一定值后,q值才基本与缺口无关,而且对于不同材料或处理状态,此半径值也不同。 尺寸因素的影响

柔性结构疲劳寿命的预测方法

文章编号:167325196(2008)0420170203 柔性结构疲劳寿命的预测方法 董黎生,程 迪 (郑州铁路职业技术学院机车车辆系,河南郑州 450052) 摘要:讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置。基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量. 关键词:多体系统;柔性结构;有限元;疲劳寿命预测 中图分类号:O346 文献标识码:A Prediction method of fatigue life of flexible structure DON G Li2sheng,C H EN G Di (Locomotive and Rolling Stock Depart ment,Zhengzhou Railway Vocational&Technical College,Zhengzhou 450052,China) Abstract:Prediction met hod of fatigue life of flexible f ramed st ruct ure was discussed,dynamic model of rigidity2flexibility co upled multi2body was established,and time history of dynamic load at t he critical point of t he st ruct ure was comp uted.Influential factors of st resses were obtained by using t he finite element analysis met hod for quasi2static conditions.The nat ural frequency and vibration modes of t he struct ure as well as t he location of it s critical point were determined by using t he model analysis technique.Based on t he dynamic load history of critical st ress distribution and employing t he material characteristic curves and it s linear damage t heory,t he cyclic counting of stresses and st rains,damage p rediction,and life estimation of t he flexible st ruct ure were performed in standard time domain.The fatigue life prediction of t he f ramed st ruct ure was conducted wit h t his met hod and it was shown by t he result t hat t he prediction accuracy was valid and t he design quality of struct ure durability would be effectively imp roved. K ey w ords:multi2body system;flexible st ruct ure;finite element;fatigue life prediction 预测结构寿命最有效方法是通过室内工作台或线路耐久性试验获得危险点的动应力历程数据.对一些复杂结构,要在室内进行耐久性试验几乎是不可能的.而在实际线路上进行耐久性试验,耐久性试验费用昂贵,试验周期也长,受到运行路线和时间等诸多条件限制,只能在有限的线路和时段内进行构架结构危险部位的动应力测试,进而通过应力应变数据的有效采集和雨流法统计处理,最后根据相关损伤累计理论进行结构寿命估计. 文献[1]中首次在国内外提出通过动力学仿真及有限元分析混合技术手段进行车体结构疲劳寿命 收稿日期:2008202229 作者简介:董黎生(19622),男,山西万荣人,副教授.的评估.就机车车辆而言,在运行过程中反复承受随机轨道不平顺传递的持续小幅振动载荷、过曲线、过道岔以及启动制动时的冲击等复合载荷的作用,导致结构关键部位,如关键位置处的焊接接头以及焊接区域局部应力集中发生,从而导致裂纹萌生和扩展等结构疲劳现象的发生.针对这些疲劳问题,现场一般采用设置局部加强筋、开设止裂板等措施来提高其局部静强度和分化应力集中导致的影响.但是这些措施并没有从整车系统动态特性的角度考虑问题,因此可能再次导致结构刚度的分布不均,从而使得结构其他部位再次出现新的疲劳问题.在文献[1~8]的基础上,本文提出一种柔性结构疲劳寿命的预测方法,对机车车体结构进行寿命预测. 第34卷第4期2008年8月 兰 州 理 工 大 学 学 报 Journal of Lanzhou University of Technology Vol.34No.4 Aug.2008

影响金属材料疲劳强度的八大因素和预防措施

影响金属材料疲劳强度的八大因素和预防措施 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感,外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等,内在因素包括材料本身的成分、组织状态、纯净度和残余应力等。 这些因素的细微变化,均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 01、应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度,都是用精心加工的光滑试样测得的,实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口,如台阶、键槽、螺纹和油孔等。 这些缺口的存在造成应力集中,使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力,零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt : 在理想的弹性条件下,由弹性理论求得的,缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数(或疲劳应力集中系数)Kf: 光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响,而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加,但通常小于理论应力集中系数。

疲劳缺口敏感度系数q: 疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度,由下式计算: q的数据范围是0~1,q值越小,表征材料对缺口越不敏感。 试验表明,q并非纯粹是材料常数,它仍然和缺口尺寸有关,只有当缺口半径大于一定值后,q值才基本与缺口无关,而且对于不同材料或处理状态,此半径值也不同。 02、尺寸因素的影响 由于材料本身组织的不均匀性以及内部缺陷的存在,尺寸增加造成材料破坏概率的增加,从而降低材料的疲劳极限。 尺寸效应的存在,是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于大尺寸实际零件中的一个重要问题,由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中、应力梯度等完全相似地在小试样上再现出来,从而造成试验室结果与某些具体零件疲劳破坏之间的互相脱节。 03、表面加工状态的影响 机加工的表面总存在着高低不平的加工痕迹,这些痕迹就相

常用的金属材料疲劳极限试验方法

常用的金属材料疲劳极限试验方法 疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度,一般该类试验周期较长,所需设备比较复杂,但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验,都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能,因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。 MTS 810 金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。 单点疲劳试验法

适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下,可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机。 升降法疲劳试验 升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法,在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下,一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。 主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。 高频振动疲劳试验法 常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz,无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上,可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。

高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括:控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。 超声法疲劳试验 超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法,其测试频率(20kHz)远远超过常规疲劳测试频率(小于200Hz)。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行,为疲劳研究提供了一个很好的手段。嘉峪检测网提醒超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验,主要针对10^9以上周次疲劳试验。高周疲劳时,材料宏观上主要表现为弹性的,所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理,而不涉及微塑性。 红外热像技术疲劳试验方法 为缩短试验时间、减少试验成本,能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程,而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。 红外热像技术是一种波长转换技术,即将目标的热辐射转换为可见光的技术,利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像,用计

汽机高温蠕变和低周疲劳对转子寿命的影响.

汽轮机转子低周疲劳与高 温蠕变的寿命计算及应用 前言 随着经济的快速发展,我国电力行业已经发展到历史上最为辉煌的时期。电力工业是现代化国家的基本工业,电力生产量更是一个国家家经济发展水平的重要指标。截止到2009年底,我国总装机容量达到87407万kw,超超临界压力1000mw机组已有数十台投入运行。与此同时,国家对于节能减排的重视,使得我们面临新的机遇,新设备,新技术的不断涌现,同时也给我们提出了更高的要求。目前各国都不同程度的遭遇或将遭遇的主要问题是电网发电量不足、电峰谷差逐渐增大及火电机组老化等[2][3]。因此,世界各主要发达国家都非常重视火电机组寿命管理的研究,尤其是研究汽轮机转子寿命评估。对此作了大量的工作,并取得不少成果。

目录 摘要 (1) 第一章绪言 1.1 课题意义 (2) 1.2 汽轮机转子寿命研究现状 (3) 1.3 目前存在的问题 (3) 第二章本文的研究内容 2.1 研究对象 (4) 2.2 研究内容 (5) 第三章转子热应力的计算模型 3. 1 转子温度场的数学模型 (7) 3. 2 应力场的数学模型 (10) 3. 3 有限元理论分析 (12) 第四章转子蠕变损耗寿命 4.1 金属疲劳机理及高温力学性能的研究 (14) 4.2 材料硬度和机组蠕变寿命损耗之间的关系 (16) 4. 3 蠕变寿命损耗计算 (18) 第五章转子低周疲劳寿命损耗计算 5 .1 汽轮机转子低周疲劳失效 (21) 5. 2 转子低周疲劳损伤及寿命计算 (23) 第六章疲劳——蠕变计算的应用及价值 6.1 疲劳——蠕变计算的应用及价值 (24) 结论 (25) 参考文献 (25)

浅论金属材料疲劳断裂的原因及危害

青岛黄海学院机电工程学院2013—2014学年第二学期期中考试 科目:工程材料及机械制造基础 姓名:杜希元 学号: 1101111084 班级: 2011级本科三班 专业:机械制造及其自动化

浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害 摘要:从人类开始制造结构以来,断裂就是社会面对的一个问题。早在100多年以前,人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后,还不能查明疲劳破坏的原因,直到显微镜和电子显微镜等高科技器具的相继出现之后,使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果。本文浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害,使人们初步了解金属疲劳断裂的相关知识。 关键词:疲劳断裂原因危害 一、金属材料的疲劳现象 工程中有许多金属零件,如齿轮、弹簧、滚动轴承、叶片、发动机曲轴等都是在变动载荷下工作的。根据变动载荷的作用方式不同,金属零件承受的应力可分为交变应力和循环应力。在交变应力下,虽然零件所承受的应力低于材料的抗拉强度甚至低于材料的屈服强度,但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。 人的疲劳感觉来自于长期的劳累或一次过重的负荷,金属材料也是一样。金属的机械性能会随着时间而慢慢变弱,这就是金属的疲劳。在正常使用机械时,重复的推、拉、扭或其他的外力情况都会造成机械部件中金属的疲劳。这是因为机械受压时,金属中原子的排列会大大改变,从而使金属原子间的化学键断裂,导致金属裂开。 二、金属材料疲劳的种类 金属材料的疲劳现象,按条件不同可分为下列几种: (1)高周疲劳:指在低应力(工作应力低于材料的屈服极限,甚至低于弹性极限)条件下,应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。 (2)低周疲劳:指在高应力(工作应力接近材料的屈服极限)或高应变条件下,应力循环周数在10000~100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用,因而,也称为塑性疲劳或应变疲劳。

影响疲劳寿命的因素

影响橡胶疲劳寿命的因素 一环境条件 环境影响在疲劳过程中特别是在长寿命的橡胶材料中起着关键作用。橡胶应力-应变关系和疲劳老化性能发展的方式在很大程度上依赖于材料的温度以及橡胶成分周围化学反应物的存在和浓度 A温度 升高的温度对橡胶形核寿命和疲劳裂纹增长速率产生有害的影响,这种有害影响在无定形橡胶中表现的最为明显,对于纯的丁苯橡胶处于可控测试中,随着温度从0°到100°,疲劳寿命化降低10000倍,而对于纯的天然胶而言,在相同条件下,疲劳寿命降低4倍。填料的加入可能降低对温度的依赖性。在疲劳裂纹增长测试中类似的影响可能被观察到。 上述温度的影响与由于老化或进一步教交联所发生的化学变化无关。温度对这些化学过程的速率产生很大的影响这种影响能够在升温或长时间内导致附加分解。温度实际对长期行为地影响程度取决于配方设计;固化剂,抗氧化剂等这些因素以后讨论。 B臭氧 在一个长期的疲劳测试中,有臭氧存在很大程度上会增大裂纹的增长速率和缩短寿命。由于应力集中,弹性体网链在裂纹尖端很容易与臭氧反应,臭氧与主要聚合物分子链的碳-碳双键发生反应引起断链。 当瞬间的能量释放速率超过一个小的起点,就会发生由于臭氧袭击而引起的裂纹增长,这个起点由Gz表示,Gz通常比机械疲劳起点T更小,Gz的值恨得程度上取决于配方设计,特别是抗氧化剂和抗臭氧剂存在。对于没有加入任何这些物质的橡胶来说,Gz = 0.1J/m2,当有抗臭氧剂存在时,Gz会增大10倍或更多,相比较而言,机械疲劳起点大约为T = 50 J/m2,臭氧看起来不影响机械疲劳起点的值,其他化学物质能够以一种类似臭氧的方式侵袭橡胶。Gent和Mrath 研究了在一个很大的范围内温度对臭氧增长速的影响。两个物理量被发现可以控制列为裂纹增长率da/dt,在玻璃化转变温度附近裂纹增长速率是与v温度成比例的,而与臭氧无关。在足够高的温度下(Q-Tg >100°),裂纹增长速率完全依赖于臭氧浓度而与温度无关。总的裂纹增长速率由下列方程式近似的给出

疲劳分析流程fatigue

摘要:疲劳破坏是结构的主要失效形式,疲劳失效研究在结构安全分析中扮演着举足轻重的角色。因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。机车车辆结构的疲劳设计必须服从一定的疲劳机理,并在系统结构的可靠性安全设计中考虑复合的疲劳设计技术的应用。国内的机车车辆主要结构部件的疲劳寿命评估和分析采用复合的疲劳设计技术,国外从疲劳寿命的理论计算和疲劳试验两个方面在疲劳研究和应用领域有很多新发展的理论方法和技术手段。不论国内国外,一批人几十年如一日致力于疲劳的研究,对疲劳问题研究贡献颇多。 关键词:疲劳UIC标准疲劳载荷IIW标准S-N曲线机车车辆 一、国内外轨道车辆的疲劳研究现状 6月30日15时,备受关注的京沪高铁正式开通运营。作为新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路,京沪高铁贯通“三市四省”,串起京沪“经济走廊”。京沪高铁的开通,不仅乘客可以享受到便捷与实惠,沿线城市也需面对高铁带来的机遇和挑战。在享受这些待遇的同时,专家指出,各省市要想从中分得一杯羹,配套设施建设以及机车车辆的安全性绝对不容忽略。根据机车车辆的现代设计方法,对结构在要求做到尽可能轻量化的同时,也要求具备高度可靠性和足够的安全性。这两者之间常常出现矛盾,因此,如何准确研究其关键结构部件在运行中的使用寿命以及如何进行结构的抗疲劳设计是结构强度寿命预测领域研究中的前沿课题。 在随机动载作用下的结构疲劳设计更是成为当前机车车辆结构疲劳设计的研究重点,而如何预测关键结构和部件的疲劳寿命又是未来机车车辆结构疲劳设计的重要发展方向之一。机车车辆承受的外部载荷大部分是随时间而变化的循环随机载荷。在这种随机动载荷的作用下,机车车辆的许多构件都产生动态应力,引起疲劳损伤,而损伤累积后的结构破坏的形式经常是疲劳裂纹的萌生和最终结构的断裂破坏。随着国内铁路运行速度的不断提高,一些关键结构部件,如转向架的构架、牵引拉杆等都出现了一些断裂事故。因此,机车车辆的结构疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期的必要过程之一,而通过有效的计算方法预测结构的疲劳寿命是结构设计的重要目标。 国外 早在十九世纪后期德国工程师Wohler系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系并提出了S-N

影响钢板弹簧使用寿命的原因分析

影响钢板弹簧使用寿命的原因分析 赵艺新疆八钢板簧有限公司,乌鲁木齐 830022 关键词:原材料 热处理 喷丸 1 前 言 我国目前载重车的悬架系统一般都采用钢板弹簧,客车多为变截面钢板弹簧和空气弹簧,钢板弹簧承载能力大,空载和满载情况下刚度变化也大,常影响汽车的平顺性和乘坐舒适性,表现为空车颠满载不颠,为此钢板弹簧又有渐变刚度簧、复合簧、变截面簧等以解决此类问题,钢板弹簧因其技术含量不高全国有大小板簧厂几百家,水平良莠不齐。空气弹簧承载能力大,空载和满载情况下刚度变化不大,汽车的平顺性和乘坐舒适性都非常好,但技术含量高价格高,我国目前只有二汽等大型具有科研实力的企业在研究并试生产未形成规模,因此汽车配件市场目前仍是钢板弹簧占主导地位。 汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中主要零件之一,起着车轮和车架之间连接的作用。它除了承受车厢及载荷的重量外,还要承受因路面不平所引起的冲击载荷和震动。由此可见,钢板弹簧主要是作为减震、贮能零件使用的。它既能吸收大量弹性功,又不允许发生任何永久变形。为了获得汽车最佳的平顺性,良好操纵的稳定性,必须保证钢板弹簧的高强度和具有较高的使用寿命。 2 影响其寿命的主要因素 2.1 原材料的选用 对于板簧而言有了高的弹性极限后,在使用中才不易发生永久变形,而淬火时钢材获得全部为马氏体时,其机械性能沿截面分布均匀,钢材才能发挥出最大的弹性极限来。钢材内如含有其他非马氏体组织,则其心部机械性能低,尤其是冲击韧性低,均能降低它的弹性极限,屈服极限。因此首先要求钢材有适宜的淬透性,材质不同,淬透性不同。 我国板簧行业执行的是汽车行业标准QCn29035-91,规定疲劳寿命≥8万次为合格品,因此我们选用材料的标准为最终的疲劳寿命能否达到行标的要求,如最常用的材料60Si2Mn淬透厚度为≤12mm,但≤14mm 厚钢板疲劳寿命均能达到并超过8万次要求,组织中除马氏体外还有少量的贝氏体和未溶铁素体。厚度>14mm钢板质量则达不到8万次要求,组织中除马氏体外有大量的贝氏体和未溶铁素体,用户对这种簧反映多为断裂较早。50CrVA淬透厚度为≤25mm,多用于厚簧。国内有很多小厂采用道轨改制料(65Mn)制作板簧,价格低廉,但因65Mn只适用于小截面簧,淬透性低,一般正规厂家不使用。 2.2 原材料的质量 原材料质量包括原材料外在质量和内在质量两个因素。原材料外在质量的缺陷一般有:划痕、坑疤、碰伤、撬皮、锈蚀、侧裂、脱碳层超标等。原材料内在质量的缺陷一般有:非金属夹杂物、气孔、缩孔、带状组织、组织疏松、严重的碳化物偏析、发裂以及碳、合金含量低等。原材料的这些缺陷最终都会降低板簧的疲劳寿命,原材料锈蚀在热处理过程中还会造成热处理硬度不足,原材料含碳、合金含量低,造成材料强度低、淬透性及淬硬性差,加大了热处理难度使钢板硬度不足并难以解决,这点对含碳量较低的

硬度对疲劳寿命的影响

硬度对疲劳寿命的影响 一、概述 齿轮表面硬度测试分两组,每组10个齿轮,它们渗碳和硬化的相同的AISI9310材料,相同的加工温度条件下制成的。每组都是由标准研磨齿轮表面加工成的。第二组对齿轮齿面和齿根进行额外的喷丸加工处理,来减少残余表面压应力。齿轮节圆直径为8.89cm。测试条件是:齿轮温度350 K,最大赫兹应力的1.71 x 109 N /m2,和10000rpm的速度。 结果表明,喷丸的标准齿轮寿命是没有喷丸寿命的1.5倍,残余应力测试表明,喷丸产生的压应力越高的齿轮疲劳寿命越长。喷丸齿轮之所以寿命是普通齿轮的1.5倍,主要是因为他们残余应力的不同。喷丸之后的齿轮它们的残余应力远远高于标准齿轮。 二、试验和结果 1 材料和测试条件 这20个齿轮通过真空电极自耗单一热源且符合美国标准认证的AISI9310材料加工而成。其中十个齿轮在研磨之后进行了喷丸处理。这些齿轮节圆直径8.89cm。无论是喷丸齿轮还 是没喷丸齿轮之后都在相同条件下进行表面疲劳点蚀试验。这些条件包括,齿轮温度350K,最大赫兹应力1.71x109N/m2,以及转速10000r/min。 2 仪器、样本、步骤 2.1 设备 齿轮疲劳试验是在美国宇航局路易斯研究中心的齿轮测试仪(图1)上进行的。这个设备 采用四边形原则来支持齿轮,当外加驱动是只需要克服系统的摩擦损失。 Figure 1NASA Lewis Research Center's gear fatigue test apparatus. 图1NASA路易斯研究中心的齿轮疲劳试验装置 试验装置的示意图如图1(b)所示。油压和流动通过轴密封作用于负载叶片。随着油 压对从动齿轮的负载叶片作用增加,转矩同样作用于轴。这个扭矩传播通过测试齿轮回到从 动齿轮,这里一个与之对应的相反转矩由油压力产生。这个作用于测试齿轮的扭矩,取决于作用于负载叶片的液压,它可以把轮齿加载所需的应力水平。两个相同的测试齿轮可以在没有 加载任何负载时开始,也可以在没有改变运行轨道时在轮齿上逐渐施加负载。皮带传动测试 设备可以通过调整皮带轮转速来控制齿轮转动到指定转速,本实验设计转速为10000r/min。 2.2 材料 这些测试齿轮由真空电极自耗(CVM)生产材料AISA9310钢加工而成,而且这两套 齿轮的洛氏硬度为58且硬化层深度为0.97mm,名义核心硬度为洛氏40。其中一套齿轮在 在完成磨削,并根据表2给出的要求进行齿根齿廓规范化。材料化学成分见表1。

金属材料疲劳研究综述

金属材料疲劳研究综述 摘要:人会疲劳,金属也会疲劳吗?早在100多年前,人们就发现了金属也是会疲劳的,并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害,所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展,概述了金属产生疲劳的原因及影响因素,以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词:金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一.引言 金属疲劳的概念,最早是由J.V.Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时,“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述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”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力,且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时,材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程,称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值虽然始终没有超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏,这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象,就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的,且表现为突然断裂,无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂,危害极大,所以研究金属的疲劳是

非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现,因此常常造成突然的事故。早在100多年以前,人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制,还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间,美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故,有238艘完全报废,其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月,华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体,19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现,飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体,是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后,人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果,才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二.金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间,Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度,Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代,力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代,Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年,美

影响扭簧疲劳寿命的关键因素

影响扭簧疲劳的关键因素 我们在加工扭簧时,必须要考虑几个影响它寿 命的重要因素: 一、原料的钢号和产地。 弹簧钢的种类有很多,其中抗疲劳性能较好的钢号 有:重要用途碳素弹簧钢丝(如琴钢线,T9A等)、油淬火-回火弹簧钢丝(如VDCrSi)、合金弹簧钢(50CrVA); 这些材料的抗疲劳特性是值得肯定的,一般小于2.0mm直径的弹簧,我们多采用重要用途碳素钢,大于2.0mm直径的弹簧,一般采用后两种材料。另外,除了钢号的选择,钢材自身的产地也是相当重要的,国内钢材比较好的有宝钢、武钢等知名钢厂;国外也有非常优秀的弹簧钢,如德国、日本和韩国等国家生产的弹簧钢,首先设计或制造一种扭簧,其疲劳寿命至关因素即是胚料。 二、加工工艺 谈到加工工艺,首先应考虑到成形技术、退火工艺和喷丸强度,另外还可以增加一些辅助工序,如添加润滑油等。 成形技术方面,现在应用比较广泛的是有芯卷制,可以参阅《弹簧手册》,里面有细致的介绍,其中成形设备也是相当关键,个人觉得转线机这种设备制作扭簧是非常理想的设备,主要原因是它在成形扭簧时,可以同步弹簧线向旋转,我们一般弹簧成形设备,送线和卷制是分开控制的,所以在成形时,无法解决弹簧线扭转,如果是圆线,还勉强可以成形,若是方线或非圆形线材,是无法成形扭簧的。重点问题是,这种能同步线向旋转的转线机,更能减少成形对线材内部结构

的伤害,从而保证成形出的扭簧寿命更加长一些。 三、退火温度与时间。 退火,是一种消除扭簧内部应力的工艺方法,它的作用效果主要有温度和时间两个因素决定。由于扭簧经弹簧机外力作用成形,其内部应力失去平衡,我们需借用退火工艺来消除它内部的大部分应力,对扭簧的性能也起优化作用。当然,退火工艺不仅仅是这么简单,对于不同钢号、不同钢胚和不同直径的弹簧钢,都需要用不同的退火温度和时间,我们在定温度和时间的时候,首先要接近钢材拉线后的退火温度,而时间一般不用太久,一般都在10-40分钟内,具体看弹簧线直径大小。退火温度高低和时间长短,对扭簧疲劳的影响是有一个峰值的,当温度和时间综合效果低于这个峰值时或高于这个峰值,最后得到的扭簧寿命都不是最好的,这个峰值就是一个临界点,只有通过多组退火试验,多次去测试,最后才能确定这个临界点。 四、喷丸强度。 喷丸,也是一种消除扭簧内部应力的工艺方法,而喷丸强度是喷丸效果的一种指标,影响喷丸强度的因素主要有钢丸的直径大小、硬度、喷丸的时间和所喷扭簧的量。不同直径的扭簧,我们需要的喷丸强度是不一样的。喷丸的最佳效果,是通过喷丸,在扭簧表面能形成一层强化膜,这必须是丸粒的轻微打击而形成的,不能伤害到扭簧表面,造成表面缺陷,更不能把这种破坏深入到钢的内部组织。 所以喷丸强度是很关键的因素,遵从的原则是柔和均匀。

第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理分解

148 第6章 结构件及连接的疲劳强度 随着社会生产力的发展,起重机械的应用越来越频繁,对起重机械的工作级别要求越来越高。《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定,应计算构件及连接的抗疲劳强度。对于结构疲劳强度计算,常采用应力比法和应力幅法,本章仅介绍起重机械常用的应力比法。 6.1 循环作用的载荷和应力 起重机的作业是循环往复的,其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷,在结构或连接中产生的应力是变幅循环应力,如图6-1所示。 起重机的一个工作循环中,结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。起重机工作过程中每个工作循环中应力的变化都是随机的,难以用实验的方法确定其构件或连接的抗疲劳强度。然而,其结构或连接在等应力比的变幅循环或等幅应力循环作用下的疲劳强度是可以用实验的方法确定的,对于起重机构件或连接的疲劳强度可以用循环记数法计算出整个 循环应力中的各应力循环参数,将其转化为等应力比的变幅循环应力或转化为等平均应力的等幅循环应力。最后,采用累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。 6.1.1 循环应力的特征参数 (1) 最大应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力,用max σ表示。 (2) 最小应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力,用min σ表示。 (3) 整个工作循环中最大应力值 构件或连接整个工作循环中最大应力的数值,用max ?σ 表示。 (4) 应力循环特性值 一个循环中最小应力与最大应力的比值,用min max r σσ=表示。 (5) 循环应力的应力幅 一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值,用σ?表示。

细解Ansys疲劳寿命分析

细解Ansys疲劳寿命分析 2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元 ANSYS Workbench 疲劳分析 本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序,比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序,非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环(重复)次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此,应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳(Stress-based)用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳(strain-based)应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序(Fatigue Module add-on)采用的是基于应力疲劳(stress-based)理论,它适用于高周疲劳. 接下来,我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论. …恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式,首先进行讨论. –否则,则称为变化振幅或非恒定振幅载荷

…成比例载荷 ?载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:?在两个不同载荷工况间的交替变化?交变载荷叠加在静载荷上?非线性边界条件

某商用车白车身结构疲劳寿命分析与优化设计

某商用车白车身结构疲劳寿命分析与优化设计 李明1李源2陈斌3 (1湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲,412008;2国防科学技术大学指挥军官基础教育学院,湖南长沙,410072;3 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙,410082) 摘要:本文基于应力分析结果,采用有效的疲劳寿命预估方法,利用专业耐久性疲劳寿命分析系统MSC.Fatigue对该型商用车白车身进行S-N全寿命分析,得其疲劳寿命分布与危险点的寿命值。采用 结构优化、合理选材等方法,提高白车身结构的疲劳寿命。 关键词:白车身;有限元;静态分析;疲劳寿命分析;优化 Body-in-white Fatigue Analysis and Optimization Design of the Commercial Vehicle LI Ming1, LI Yuan2, CHEN Bin3 (1 School of Mechanical Engineering , Hunan University of Technology, Zhuzhou, Hunan 412008, China; 2 College of Basic Education for Officers, National University of Defense Technology, Changsha, Hunan 410072, China;3 State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacture for Vehicle Body, Hunan University, Changsha, Hunan 410082,China) Abstract:Based on the results of stress analysis, this paper took the effective way of the fatigue life estimating, used the professional durability fatigue life analysis system MSC. Fatigue, and the S-N life-cycle analysis of the certain type of commercial vehicle body-in-white finite element model, got the distribution of fatigue life and the fatigue life value of the danger points. Finally, by the structural optimization and material selection, writer improved the fatigue life of white body structure. Keywords: B ody-in-white structure, FEM, Static analysis, Fatigue lifetime analysis; Optimization 0 前言 在车身结构疲劳领域的国内研究中,1994年,江苏理工大学陈龙在建立了车辆驾驶室疲劳强度计算的力学和数学模型基础上,提出了车辆驾驶室疲劳强度研究方法[1]。2001 年,清华大学孙凌玉[2]等首次计算机模拟了汽车随机振动过程。2002年,上海汇众汽车制造有限公司王成龙[3]等应用FATIGUE 软件的分析,结合疲劳台架试验,探讨了疲劳强度理论在汽车产品零部件疲劳寿命计算中的应用,提出了提高零部件疲劳强度的方法。2004年,同济大学汽车学院靳晓雄[4]等人提到进行零部件疲劳寿命预估,

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