机械构件的致命杀手是什么？弄懂这一点至关重要！

疲劳是一切工程机械的一个致命杀手。这里所说的工程机械包括天上飞的飞机，地上跑的火车、汽车与坦克，海上驶的轮船、潜水艇，以及核电站、离心机、汽轮机叶片等等。根据资料统计，机械零件（如像车轴、曲轴、连杆、齿轮、弹簧、螺栓）破坏的50%～90%均为疲劳破坏。

疲劳破坏是指在远低于材料强度极限甚至屈服极限的交变应力作用下，材料发生破坏的现象。

1 . 疲劳的定义：

材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。

2. 变动载荷和变动应力：

变动载荷：指大小或方向随着时间变化的载荷。

变动应力：变动载荷在单位面积上的平均值。

分为：规则周期变动应力和无规则随机变动应力。

3.  循环载荷(应力)的表征：

①最大循环应力：σmax；

②最小循环应力：σmin；

③平均应力：σm=(σmax +σmin)/2；

④应力幅σa或应力范围Δσ:Δσ=σmax-σmin  σa=Δσ/2=(σmax-σmin)/2

⑤应力比(或称循环应力特征系数)：r= σmin/σmax4（循环应力分类按平均应力、应力幅、应力比的不同，循环应力分为① 对称循环σm=(σmax + σmin)/2=0，r=-1属于此类的有：大多数旋转轴类零件。② 不对称循环，σm≠0如：发动机连杆、螺栓(a)σa> σm>0，-1）

根据循环荷载的幅值和频率，疲劳可以分为等幅疲劳、变幅疲劳和随机疲劳;根据材料破坏前所经历的循环次数(即寿命)以及疲劳荷载的应力水平，疲劳又可以分为高周疲劳、低周疲劳和亚临界疲劳。按应力状态可分为：弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳、复合疲劳；按应力大小和断裂寿命可分为：N>105，б<бs高周疲劳→低应力疲劳；N=102~105，б≥бs低周疲劳→高应力疲劳。

疲劳破坏的表征—疲劳寿命

疲劳寿命：材料疲劳失效前的工作时间，即循环次数N。

疲劳曲线：应力б↑，N↓

疲劳极限：指定基数下的中值疲劳强度，对当循环基数为其他值时，称为该循环基数下的条件疲劳极限，有时简称为该循环基数下的疲劳强度。

疲劳累积损伤：谱荷载下疲劳损伤的积累。线性损伤时常用循环比的和表示，即D= ΣCi，其中Ci为第i级应力水平下的循环比。

疲劳破坏准则：疲劳破坏时应力空间或应变空间破坏包络面的数学表达式。可供工程中疲劳计算分析时使用，但它不解决对疲劳破坏的物理和力学机理的认识。

疲劳断口的宏观特征

典型疲劳断口具有3个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬断区。

1、疲劳源疲劳裂纹萌生区

多出现在零件表面，与加工刀痕、缺口、裂纹、蚀坑等相连。特征：光亮，因为疲劳源区裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多。疲劳源可以是一个，也可以有多个，如：单向弯曲，只有一个疲劳源；双向弯曲，可出现两个疲劳源。

2、疲劳裂纹扩展区(亚临界扩展区)

特征：断口较光滑并分布有贝纹线或裂纹扩展台阶。

贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线,凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向，近疲劳源区贝纹线较细密(裂纹扩展较慢)，远疲劳源区贝纹线较稀疏、粗糙(裂纹扩展较快)。

贝纹线区的大小取决于过载程度及材料的韧性，高名义应力或材料韧性较差时，贝纹线区不明显；反之，低名义应力或高韧性材料，贝纹线粗且明显，范围大。

名义载荷：根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。即机器平稳工作条件下作用于零件上的载荷。计算载荷=载荷系数*名义载荷。

3、瞬断区

裂纹失稳扩展形成的区域

断口特征：断口粗糙，脆性材料断口呈结晶状；韧性材料断口在心部平面应变区呈放射状或人字纹状；表面平面应力区则有剪切唇区存在。

瞬断区一般在疲劳源对侧

瞬断区大小与名义应力、材料性质有关。高名义应力或脆性材料，瞬断区大；反之，瞬断区小。

fesafe软件分析随机振动疲劳的具体设置过程为：

1.  在abaqus里搭建模型、创建属性、对模型进行模态和扫频分析，然后输出ODB结果；

2. 将计算完的ODB结果导入fesafe软件中，并输入PSD曲线和材料SN曲线，求解部件的寿命和损伤。

ncode软件分析随机振动疲劳的具体设置过程也类似。视频教程欢迎登陆【元王仿真云】免费观看，推荐注册赠积分！

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