1、交变载荷
交变载荷--随时间变化的载荷
载荷谱--交变载荷变化的历程,是一个统计值
2、交变载荷特征量:
3、载荷可变性系数
应力比(反映载荷的性质)
5个特征参数中只要任意的2个量,就可以描述交变载荷,即其他的任意3个量。
试验:用σm,σa,便于加载;
设计:用σmax,σmin,直观;
分析:用σa,R,突出主要控制参量, 便于分类讨论。
4、疲劳设计方法
1.无限寿命设计
“对于疲劳,应力幅比构件承受的最大应力更重要。应力幅越大,疲劳寿命越短;应力幅小雨某一极限值时,将不发生疲劳破坏”。
对于无裂缝构件,控制其应力水平,使其小于疲劳极限强度(Sf),则不萌生疲劳裂缝。所以其无限寿命设计条件为:
材料的疲劳极限强度Sf由S-N曲线给出。
其中20世纪60年代研究裂缝扩展的结果指出,裂缝扩展的控制变量—应力强度因子幅度也存在着一个门槛值。对于已有裂缝存在的构件,控制其应力强度因子,使其小于门槛值,则虽有裂缝但不扩展,也可以实现无限寿命设计。
2.无限寿命设计
3.安全寿命设计
无限寿命设计要求将构件中的使用应力控制在很低的水平,材料的潜能得不到充分发挥,对于并不需要经受很多循环次数的构件,无限寿命设计就很不经济。
使构件在有限长设计寿命内,不发生疲劳破坏的设计,称之为安全寿命设计(safe-life design)或有限寿命设计,飞机、车辆等大多数都采用安全寿命设计。
材料的S-N曲线和Miner累计损伤理论,是安全寿命设计的基础。
4. 耐久性设计
耐久性设计是以经济寿命控制为目标的设计。耐久性设计是构件和结构在规定的使用条件下抗疲劳断裂性能的一种定量度量。
这种方法首先定义疲劳破坏严重细节(如孔、圆弧、台阶)处的初始疲劳质量,描述与材料、设计、制造质量相关的初始疲劳损伤状态,再用疲劳或疲劳裂纹扩展分析预测在不用使用时刻损伤状态的变化,确定其经济寿命,制定使用、维修方案。
小结:上述各种疲劳设计方法,都反映了疲劳断裂研究的发展和进步,但是,由于疲劳问题复杂,影响因素多,使用条件和环境差别大,各种方法不是互相替代,而是相互补充的。不同构件,不同情况,应采用不同方法。