結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度

內(nèi)容簡介

本書是由航空工業(yè)部組織編寫的，是在原吳富民等縮編的“飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度”教材的基礎(chǔ)上補(bǔ)充修改寫成的?？勺鳛轱w機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度專業(yè)或飛機(jī)設(shè)計專業(yè)的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度課程的教材或教學(xué)參考。 吳富民 ，1930年生，浙江鎮(zhèn)海人。西北工業(yè)大學(xué)教授。1952年畢業(yè)于南京大學(xué)。陜西科技情報學(xué)會理事，中國航空學(xué)會結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度專業(yè)委員會委員。主要論著有：《結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度》（西北工業(yè)大學(xué)出版社出版，1988年獲全國高等學(xué)校優(yōu)秀教材一等獎）等，數(shù)項(xiàng)科研成果分獲國務(wù)院國防工辦重大科技成果二等獎、陜西省科技成果二等獎、航空工業(yè)部科技進(jìn)步一等獎。2100433B

疲勞強(qiáng)度屈服強(qiáng)度

材料的 屈服強(qiáng)度和疲勞極限之間有一定的關(guān)系，一般來說，材料的屈服強(qiáng)度越高，疲勞強(qiáng)度也越高，因此，為了提高彈簧的疲勞強(qiáng)度應(yīng)設(shè)法提高彈簧材料的屈服強(qiáng)度，或采用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比值高的材料。對同一材料來說，細(xì)晶粒組織比粗細(xì)晶粒組織具有更高的屈服強(qiáng)度。

疲勞強(qiáng)度表面狀態(tài)

最大應(yīng)力多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以彈簧的表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響很大。彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過程中造成的裂紋、疵點(diǎn)和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的原因。

材料表面粗糙度愈小，應(yīng)力集中愈小，疲勞強(qiáng)度也愈高。材料表面粗糙度對疲勞極限的影響。隨著表面粗糙度的增加，疲勞極限下降。在同一粗糙度的情況下，不同的鋼種及不同的卷制方法其疲勞極限降低程度也不同，如冷卷彈簧降低程度就比熱卷彈簧小。因?yàn)殇撝茻峋韽椈杉捌錈崽幚砑訜釙r，由于氧化使彈簧材料表面變粗糙和產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，這樣就降低了彈簧的疲勞強(qiáng)度。

對材料表面進(jìn)行磨削、強(qiáng)壓、拋丸和滾壓等。都可以提高彈簧的疲勞強(qiáng)度。

疲勞強(qiáng)度尺寸效應(yīng)

材料的尺寸愈大，由于各種冷加工和熱加工工藝所造成的缺陷可能性愈高，產(chǎn)生表面缺陷的可能性也越大，這些原因都會導(dǎo)致疲勞性能下降。因此在計算彈簧的疲勞強(qiáng)度時要考慮尺寸效應(yīng)的影響。

疲勞強(qiáng)度冶金缺陷

冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夾雜物是應(yīng)力集中源，會導(dǎo)致夾雜物與基體界面之間過早地產(chǎn)生疲勞裂紋。采用真空冶煉、真空澆注等措施，可以大大提高鋼材的質(zhì)量。

疲勞強(qiáng)度腐蝕介質(zhì)

彈簧在腐蝕介質(zhì)中工作時，由于表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕或表面晶界被腐蝕而成為疲勞源，在變應(yīng)力作用下就會逐步擴(kuò)展而導(dǎo)致斷裂。例如在淡水中工作的彈簧鋼，疲勞極限僅為空氣中的10%~25%。腐蝕對彈簧疲勞強(qiáng)度的影響，不僅與彈簧受變載荷的作用次數(shù)有關(guān)，而且與工作壽命有關(guān)。所以設(shè)計計算受腐蝕影響的彈簧時，應(yīng)將工作壽命考慮進(jìn)去。

在腐蝕條件下工作的彈簧，為了保證其疲勞強(qiáng)度，可采用抗腐蝕性能高的材料，如不銹鋼、非鐵金屬，或者表面加保護(hù)層，如鍍層、氧化、噴塑、涂漆等。實(shí)踐表明鍍鎘可以大大提高彈簧的疲勞極限。

疲勞強(qiáng)度溫度

碳鋼的疲勞強(qiáng)度，從室溫到120℃時下降，從120℃到350℃又上升，溫度高于350℃以后又下降，在高溫時沒有疲勞極限。在高溫條件下工作的彈簧，要考慮采用耐熱鋼。在低于室溫的條件下，鋼的疲勞極限有所增加。

機(jī)械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時間作周期性的變化，這種隨時間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力（也稱循環(huán)應(yīng)力）。在交變應(yīng)力的作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。

一般試驗(yàn)時規(guī)定，鋼在經(jīng)受

疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。 據(jù)統(tǒng)計，在機(jī)械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，所以對于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等承受交變載荷的零件要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來制造。

根據(jù)疲勞破壞的分析，裂紋源通常是在有應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生，而且構(gòu)件持久極限的降低，很大程度是由于各種影響因素帶來的應(yīng)力集中影響。因此設(shè)法避免或減弱應(yīng)力集中，可以有效提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度?？梢詮囊韵聨讉€方面來提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。

疲勞強(qiáng)度外形合理化

構(gòu)件截面改變越激烈，應(yīng)力集中系數(shù)就越大。因此工程上常采用改變構(gòu)件外形尺寸的方法來減小應(yīng)力集中。如采用較大的過渡圓角半徑，使截面的改變盡量緩慢，如果圓角半徑太大而影響裝配時，可采用間隔環(huán)。既降低了應(yīng)力集中又不影響軸與軸承的裝配。此外還可采用凹圓角或卸載槽以達(dá)到應(yīng)力平緩過渡。

設(shè)計構(gòu)件外形時，應(yīng)盡量避免帶有尖角的孔和槽。在截面尺寸突然變化處（階梯軸），當(dāng)結(jié)構(gòu)需要直角時，可在直徑較大的軸段上開卸載槽或退刀槽減小應(yīng)力集中；當(dāng)軸與輪轂采用靜配合時，可在輪轂上開減荷槽或增大配合部分軸的直徑，并采用圓角過渡，從而可縮小輪轂與軸的剛度差距，減緩配合面邊緣處的應(yīng)力集中。

疲勞強(qiáng)度提高構(gòu)件表面質(zhì)量

一般說，構(gòu)件表層的應(yīng)力都很大，例如在承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的構(gòu)件中，其最大應(yīng)力均發(fā)生在構(gòu)件的表層。同時由于加工的原因，構(gòu)件表層的刀痕或損傷處，又將引起應(yīng)力集中。因此，對疲勞強(qiáng)度要求高的構(gòu)件，應(yīng)采用精加工方法，以獲得較高的表面質(zhì)量。特別是對高強(qiáng)度鋼這類對應(yīng)力集中比較敏感的材料，其加工更需要精細(xì)。

疲勞強(qiáng)度提高構(gòu)件表面強(qiáng)度

常用的方法有 表面熱處理和表面機(jī)械強(qiáng)化兩種方法。表面熱處理通常采用高頻淬火、滲碳、氰化、氮化等措施，以提高構(gòu)件表層材料的抗疲勞強(qiáng)度能力。表面機(jī)械強(qiáng)化通常采用對構(gòu)件表面進(jìn)行滾壓、噴丸等，使構(gòu)件表面形成預(yù)壓應(yīng)力層，以降低最容易形成疲勞裂紋的拉應(yīng)力，從而提高表層強(qiáng)度。

疲勞強(qiáng)度豪克能技術(shù)

豪克能技術(shù)現(xiàn)在的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化體現(xiàn)為焊接應(yīng)力消除設(shè)備以及表面光整設(shè)備，其中的這個技術(shù)可以給金屬表面消除拉應(yīng)力，預(yù)置壓應(yīng)力，使得金屬容易開裂的部位應(yīng)力釋放，不會產(chǎn)生開裂的情況。2100433B