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了解S-N曲线及其在材料失效循环数预测中的应用

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:S-N曲线通过大量不同载荷范围内的样本试验建立,试验结果是应力范围S和在该应力范围的失效应力循环数N的数据对。给定一个特定的应力范围S,S-N曲线给出失效循环数N。S-N曲线应考虑可能的材料厚度效应。对于钢材建议的特征S-N曲线将在C.6和C.7节中讲述,而对于钢制螺栓建议的特征S-N曲线已在附录A中给出。对于铸铁,S-N曲线的确定参见Hück等人相关研究。

了解S-N曲线及其在材料失效循环数预测中的应用

疲劳强度数据常常以S-N曲线的形式报告,也称为Wo¨hler曲线。S-N曲线通过大量不同载荷范围内的样本试验建立,试验结果是应力范围S和在该应力范围的失效应力循环数N的数据对。S-N曲线常常表示为

N=KS-m

对数形式,lgS和lgN之间就是一个线性关系,即

lgN=lgK-mlgS

式中 K——经验材料常数,决定S-N曲线的水平;

m——Wöhler指数,S-N曲线的斜率。

图C-3中SE为持久极限或切出极限,SD为定幅值疲劳极限SB通常设定成等于断裂极限。

给定一个特定的应力范围SS-N曲线给出失效循环数NS-N曲线如图C-3所示,对于常用钢而言它是双线性的。对于这样的一条曲线,根据NNDNND给出两套lgKm。持久极限SE在该应力下失效不会发生,这是铁钛合金的特殊性质。

材料会展示出lgN在该曲线给出的平均值附近变化的一种自然特性,它常以标准偏差σ项来表示。一般的名义曲线是以这样的方式规定的,有50%的情况其真实的lgN值将大于曲线给定的值,有50%的情况,小于曲线给定的值。对于风力机结构设计来讲,要求使用特征S-N曲线,这样要求的特征S-N曲线选择是比较保守的,以致于使超过特征曲线给定值lgN的情况具有较大的比例1-p。通常1-p取97%~98%。如果名义S-N曲线给定,特征S-N曲线就可以通过保持lgN值固定,改变相应的S值,根据下式找到:

式中 S50%——对给定N值相应于名义S-N曲线上的应力范围;(www.xing528.com)

S1-p——相应于特征S-N曲线上超出1-p概率的应力范围;

σlgN——lgN的标准偏差,对给定S代表lgN的自然变化,而k是由p决定的并可以从表C-1中得到。

图C-3 S-N曲线

表C-1 分位数系数K与比例p

如果不知道σlgN,对于无焊接的平板钢,可以设定等于0.46,见DNV(1984)相关资料。

用于结构细节分析的S-N曲线可以适用于各种材料、结构、所考虑的应力状态以及周边环境。S-N曲线应考虑可能的材料厚度效应。

对于钢材建议的特征S-N曲线将在C.6和C.7节中讲述,而对于钢制螺栓建议的特征S-N曲线已在附录A中给出。对于铸铁,S-N曲线的确定参见Hück等人相关研究。

出于设计目的,根据疲劳试验得出的S-N曲线进行的疲劳分析一般是简单明了、直接了当的,也是最合适的方法。它与Palmgren-Miner准则结合用来预测累积损伤。

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