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1、可靠性工程第1页，本讲稿共15页基本概念-3材料的疲劳特性机械零件的疲劳大多发生在sN曲线的CD段，可用下式描述：D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限r来近似代表ND和 r，于是有：有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中，sr、N0及m的值由材料试验确定。3、sN曲线（疲劳极限线图之一）sN疲劳曲线第3页，本讲稿共15页基本概念-4材料的疲劳特性4、等寿命疲劳曲线（疲劳极限线图之二）机械零件材料的疲劳特性除用sN曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了
2、不同应力比时疲劳极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。用AC折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。A直线的方程为：C直线的方程为：y为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：详细介绍对于碳钢，y0.10.2，对于合金钢，y0.20.3。第4页，本讲稿共15页基本概念-5机械零件的疲劳强度计算5、零件的极限应力线图由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。以弯曲疲劳极限的综合影响系数表示材料对称循环弯曲疲劳极限-1与零件对称循环弯曲疲劳极限-1e的比值，即在不对称循环时，是试件与零件极限
3、应力幅的比值。将零件材料的极限应力线图中的直线ADG按比例向下移，成为右图所示的直线ADG，而极限应力曲线的 CG部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。详细介绍 第5页，本讲稿共15页基本概念-6机械零件的疲劳强度计算6、单向稳定变应力时的疲劳强度计算进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的 max及 min确定平均应力m与应力幅a，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r
4、=C平均应力为常数m=C最小应力为常数min=C详细分析相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。计算安全系数及疲劳强度条件为：第6页，本讲稿共15页规律性不稳定变应力基本概念-7机械零件的疲劳强度计算7、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力1每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的1对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循环了n2次的2对材料的损伤率即为n2/N2，。当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：用统计方法进行疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算详
5、细分析第7页，本讲稿共15页概率疲劳-1概率疲劳极限1、概率疲劳极限P-s-N曲线可以从常规的疲劳实验数据中获得。第8页，本讲稿共15页概率疲劳-2概率疲劳极限2、给定寿命时的可靠度计算疲劳极限sr的分布可能是正态分布、威布尔分布。第9页，本讲稿共15页概率疲劳-3概率疲劳极限给定寿命时的可靠度计算(2)常规设计：可靠性设计：第10页，本讲稿共15页概率疲劳-4概率疲劳极限3、按损伤累积进行概率疲劳强度计算常规设计：可靠性设计：第11页，本讲稿共15页机械老化可靠性设计1.磨损可靠性设计磨损可靠性设计磨损量与荷载有关磨损量与荷载有关与时间有关与时间有关在给定时间下服从在给定时间下服从 正态分布
6、正态分布额定磨损量额定磨损量可以应用干涉理论可以应用干涉理论2.腐蚀可靠性设计腐蚀可靠性设计时间时间磨磨损损量量第12页，本讲稿共15页3.蠕变可靠性设计蠕变可靠性设计磨损、蠕变、裂纹扩展磨损、蠕变、裂纹扩展 有类似规律有类似规律线性段是关键线性段是关键有临界值有临界值4.裂纹扩展概率设计裂纹扩展概率设计Paris公式：双对数线性公式：双对数线性门槛值门槛值断裂强度因子断裂强度因子机械老化可靠性设计临界值临界值临界值临界值第13页，本讲稿共15页5.故障率等劣化模型故障率等劣化模型故障率曲线为浴盆曲线故障率曲线为浴盆曲线维修后故障率升高维修后故障率升高与维修次数成正比与维修次数成正比机械老化可靠性设计第14页，本讲稿共15页机械老化可靠性设计6.老化模型老化模型强度分布随时间变化强度分布随时间变化确定不同时间的强度分布确定不同时间的强度分布确定应力分布确定应力分布采用干涉理论采用干涉理论第15页，本讲稿共15页