4疲劳强度第四章课件.ppt
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- 疲劳强度 第四 课件
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1、第四章第四章 疲劳载荷谱疲劳载荷谱载荷的分类:载荷的分类:载荷分为静载荷和动载荷两大类。动载荷又可分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。周期载荷和非周期载荷统称为疲劳载荷。41 前前 言言疲劳载荷的分类:疲劳载荷的分类:疲劳载荷中所有峰值载荷均相等和所有谷值均相等的载荷称为恒幅载荷恒幅载荷;所有峰值载荷不等,或所有谷值载荷不等,或两者均不相等的载荷称为谱载荷谱载荷(或变幅载变幅载荷荷);而峰值和谷值载荷及其序列是随机出现的谱载荷则称为随机载荷随机载荷。41 前前 言言41 前前 言言 大部分结构或机械零件所承受的疲劳载荷,实际上是一个连续的随机过程。(举例:载荷的峰值和谷值随时间变化的情况,简称
2、“载荷时间历程”)由于随机载荷的幅值和频率都是随时间变化的,而且是不确定的,所以它不能用一个简单的数学表达式来描述。一般要从幅域、时域和频域幅域、时域和频域三个方面来描述和分析其统计特性。41 前前 言言 随机过程可分为平稳平稳和非平稳非平稳两大类。如果随机过程的统计信息不随自变量的变化而改变,则这种随机过程就称为平稳随机过程。一般说来,对于一个要研究的随机过程,如果前后环境与条件保持不变,则可以认为它是平稳的。41 前前 言言 对于平稳随机过程,如果从一个子样函数x(t)求得的统计信息与由母体X(t)求得的统计信息相同,则称该平稳随机过程为各态历经的。在研究实际问题时,为使问题简化,一般均假
3、定为各态历经的。41 前前 言言载荷谱载荷谱:在疲劳强度分析中,结构(或构件)所承受的载荷随时间变化的历程。为什么要研究载荷谱?(1)在静强度分析中,只需知道结构所承受的最大载荷,而后按结构所能承受的最大载荷来判断其静强度是否足够;(2)疲劳破坏是个累积损伤过程,需要研究实际结构在整个使用过程中对疲劳强度有影响的各级载荷及其出现的次数。41 前前 言言 为了确定产品的使用寿命,在产品的最后设计阶段则必须进行全尺寸结构或零件的疲劳试验。欲取得比较可靠的试验结果,全尺寸疲劳试验应尽可能准确地模拟真实工作状态。然而,由于疲劳载荷的随机性,真实工作状态千变万化,并且由于加载设备条件的限制或者为了压缩试
4、验时间,不得不将实测载荷加以简化,简化成能反映真实情况具有代表性的“典型载荷谱典型载荷谱”。通常的做法是简化成“程序加载”。41 前前 言言 所谓程序加载程序加载指得是按一定程序施加不同大小的载荷循环。图示程序加载谱,其平均载荷是恒定的,每一个周期由若干级常幅载荷循环组成,同一级的载荷循环称为一个“程序块”,每一个周期内的程序块按一定的图案排列,图示程序加载属于低高低序列。41 前前 言言图1 程序载荷谱41 前前 言言 将实测的载荷时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱编谱。编谱时必须满足如下要求:(1)、简化后的载荷谱应与实际情况一致,即两者给出的疲劳寿命是一致的。因此,为施行
5、加速试验在载荷循环简化时,应考虑到损伤等效的原则。41 前前 言言(2)、根据有限次数的实测数据,估计出整批产品的载荷变化规律,以取得具有代表性的典型谱。为此,需借助统计方法,由子样来推断母体,推断未能测出的某些载荷循环。(3)、由于各种产品工作条件不同,载荷时间历程的类型亦异,此外,考虑到疲劳损伤的部位和特点各不相同,所以,编谱的工作应有一定的针对性,不宜使用同一原则。41 前前 言言(4)、载荷实测数据繁多,即使在几分钟内就能得到成千上万的数据,为此,在判读和计数时,需采用自动化措施,利用计算机进行处理。编谱的重要一环,是用统计理论来处理所获得的实测子样。对于随机载荷,统计分析方法主要有两
6、类:计数计数法法和功率谱法功率谱法。41 前前 言言 (1)计数法计数法是从载荷时间历程确定出不同载荷参量值及其出现次数的方法。(2)功率谱法)功率谱法是借助富氏变换、将连续变化的随机载荷分解为无限多个具有各种频率的简单变化,得出其功率谱密度函数。在抗疲劳设计中广泛使用计数法,因此仅介绍这种方法。42 计数法计数法 将载荷时间历程处理为一系列的全循环或半循环的过程叫作计数法计数法。国外提出的计数法已有十几种。计数法可以分为两大类:单参数计数法单参数计数法和双参数计双参数计 数法数法。42 计数法计数法 单参数计数法单参数计数法只记录载荷谱中的一个参量,如峰值或范围,不能给出循环的全部信息,有较
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