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浅谈提高机械设计疲劳极限指标的可靠度
赵昕
(缔阳职业技术学院
四川阳
621000)
数字技术与应用
【摘要]疲劳抗力指标受试样的微观组织结构、加工方法、实验条件等诸多因索的影响，大多数设计手册中提供的疲劳强度指标，材质不明，数据单一，增大了设计过程的育目性。提高于册中疫劳抗力指标的可靠度，是提高机械设计结果准确性的前提。
[关健]皱劳抗力指标[中图分类号ITV352.1
微现缺陷
可事性段计
[文献标识码]A
设计过程的传统设计方法简介 1
在工程实际中，绝大多数零件承受变应力作用。根据各种零件的失效统计数字，也说明了70%以上的零件是由于疫劳断裂失效的。因此在机械设计过程中，疫劳断裂抗力是评定本件的重要指标之一，最常见的疫劳抗力指标是光滑试样在对称环李曲应力实验下得到的弯曲费劳极限 α=1，这是在一般技术资料和手册中部可以套到的。在其它应力状态下，有扭转疫劳极限=1和拉斥疲劳极除-1p等。当零件承受非对称衡环应力时，则根据对称循环应力下的疲劳极限α-1、脉动循环应力下的疫劳板限α0和静应力下的板限应力参数αB或αS，绘制材料的板限应力图。根据循环特性T，从极限应力图中获得非对称循环应力下的疲劳极限「。设计过程中，根带零件与试样的差异，
考
虑应力集中、表面加工方法和尺寸固素的影，引入相应的系数对一1进行修正，根据零件的服役要求不同，可以进行有限寿命设计和无限寿命设计。
2影响疲劳强度指标的微观因素
任意一批相同牌号的材料，由于在冶炼过程中允许化学成分在一定幅度内变动，加之各种各样的其它可变因素（如成分偏析、冶炼条件及轧制温度的波动等）的影别，它的性能必定在一定的范围之内变化。由于材料晶体内部的浓度起伏，品界与晶粒性能的差异，非金属尖杂物与金属界面的结合情况，金属内部各种各样宏观、微观及超微观缺陷的存在等等，造成了即使在相同加工工艺、相同化学成分、相同热处理状态下，也存在着较大的性能差异。这种差异在室温静载荷作用下表现不明显，而在动载荷和交变载荷作用下，由于应力声变作用的高度局部化，其性能不均勾性表现得非常突出。疫劳实验数据极为分散证明了这一点。
经研究表明，疫势破坏与静力破坏过程在滑移阶段有相同之处。重大不同之处在于在静载荷作用下，型性变形及强化是在材料比较大体积内分布的，而在交变载荷作用下，疫劳裂纹集中发生在个别品粒。如果试件外部有缺口，表面粗载，或内部有各种缺陷（气孔，裂纹，夹渣，缩扎等），此处必定引起应力高峰，成为疫劳裂纹的发源地。由于疫劳破坏的局限性，
万方数据
[文章编号]1007~9416（2010）02010502
一个零件的疫劳抗力取决于零件最弱部分的强度或宏观，微观缺陷引起的应力集中。因此，材料内部微观组织缺陷对疲劳破坏的影响已得到材料界的共识。
基于此点，疫劳极限是一个极易受
外界条件和内部组织影响的参数。归纳起来，影响疲劳抗力的因素有四大类：
（1）零件本身外形因素：几何形状，尺寸和表面状态等，
（2）制造工艺闪素：铸
、锻、焊、切
削加工、热处理、表面处理等，
（3）使用条件：应力类型及大小，频率范图、环境条件、使用介质等，
（4）材料本质：化学成分、组织结构、晶粒大小，纤维方向，夹杂物、偏析等。
在机核设计中，对于前三种影响因索已做了相应考虑，面材料本质方面的影响考患甚少。但实际零件在服役过程中由于材料内部的各种微见缺陷造成突然疲劳断裂的事敏腰见不鲜。但由于材料内部组织的复杂多变，不易控制，对疲劳抗力的影响无规律可循，给我们的设计研究带来很大的不便。导求一种即有较广的适应性，又能充分考虑设计者的设计环境，面且便于操作的设计方法，非常必要。
笔者认为：在测定疫劳极限过程中，对于疲劳试验原始数据，应尽可能详尽地提供给设计者，比如疲劳试样的毛还类型、终加工方法、形状尺寸、取样部位、晶粒大小、组织状态、材质质量等。对于小锻件或压轧材料，应了解试样与压轧方向是平行还是重直（对于拉压疲劳极限测定尤为重要）。对于大锻件，应知道取样部位是钢锭的上端还是下端。对于铸件，应了解是单独铸造还是取自持件，若是后者，应知道取自铸件的何种部位。因为从铸件中不同部位切划的试样，其机械性能悬殊很大。至于切割试样的方法，使用气割或电渠切刮，都不可避免的使试样再次加热，可能会影响到试样的微现组织乃至性能。而冷切割时，是否避开了过度冷却变形面导致的胞性转变的温度范围，进行规定的热处理之后的组织状态如何等等。设计者只有充分了解了疫劳试样的制备过程和微观组织情况，才能根据所设计零件的服役条件、重要程度、举件的组织情况等，对手中查得的数据进行综合恰当的处理，使得设计过程与截劳试验过程更贴切
地吻合，减少设计过程的盲目性，提高疲劳设计的可信度。
现有设计资料中疲劳强度指标的可 3
靠性
如前所述，疲劳实验数帮具有极大的分散性，在相同应力下其应力循环周次常常在几倍甚至十倍、百倍的幅度内变化。从零件的使用寿命也可以看出，据统计，同一批生产的滚动轴承使用寿命最高与最低的比值竞高达8-40，因此，必须采取统计处理方法来获取数据，才能得到接近可的疫劳强度指标。而材料性能指标的准确性不足，将增大设计过程中的盲目性，为日后的事故埋下隐患。美国在建 MountHope和Ambassador两座大悬桥时，以少数静载荷实验数据为依据，用热处理高炭钢丝，代替一贯成功使用的高炭冷拉钢丝，结果造成两座大桥在建造过程中就发现钢丝大量折断，造成修重的损失，事后进行多年大量试验才发现，钢丝折断的原因是热镀锌在钢丝表面缺陷处形成胞性的高锌铁合金面导致断裂。
4结论
（1）由于疲劳破坏的突然性、高度局限性及对各种内在和外在因素影响的收感性，疫劳抗力指标不仅板易受各种固素影
疫劳实验数据非常分散，而且一且发
，
生疫劳失效，常常造成灾难性事故。在设计过程中，仅靠目前大多数手册中材质不明、试验条件不清、单一的疫劳强度指标进行设计，使设计结果具有很大的盲目性和偶然性，提高裁劳抗力指标的准确性和可靠性，是正确进行疲劳设计的前提。由于疫劳抗力指标的上述特点，数据全面更新工作，需要投入大量的人力物力，做大量的试验，决非个人和单位所能承受得了。建议国家科研机构花大力气，尽快组织力量更新资料和手册中疲劳极限指标。我劳强度指标不仪应列出参与试验的数量和统计数据，面且应尽可能详尽地提供试样的毛坏类型、终加工方法、形状尺寸、取样部优、取样手段、品粒大小、组织状态、材质质量等，设计方法尽快采用可靠性设计，才能增加疫劳极限指标的可馨性，提高覆劳设计的准确性。
（2）产品固定的企业应建立自己的研究数据库，跟踪产品质景，从生产及使用过程中积累产品疫劳抗力指标的第一手资
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