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金属材料疲劳强度影响因素的研究

梁旭  
【摘要】:设备断裂事故中约80%属于疲劳断裂,机械结构的疲劳失效对设备服役安全带来很大的威胁。材料的S-N曲线和疲劳极限,只能代表标准光滑试样的疲劳性能,而实际零件的尺寸、形状和表而情况与标准试样有很大差别,在进行零件的疲劳强度设计时必须考虑这些因素对疲劳强度的影响。因此,疲劳强度影响因素的问题至今仍然是一个有意义的研究课题。 影响机械零件疲劳强度的因素有很多,其中应力集中、尺寸、表面状态三种最为重要。本文围绕以上三个因素对零件疲劳强度的影响及其相互作用关系展开研究。以锻造35CrMo钢为研究对象,将试件按照不同缺口数、不同尺寸及不同表面加工情况分类,分别进行疲劳寿命试验,得到相应的疲劳寿命数据,为理论上的分析提供了依据。 应力集中、尺寸、表面状态三者之间存在相互作用关系。把这三个因素综合起来,可以定义一个影响零件疲劳强度的综合系数Ka。目前有研究者提出了不同综合系数Ka的表达式。零件的疲劳强度可由材料的疲劳强度和综合系数Ka计算得到。修正材料的S-N曲线得到试样在不同Ka计算式下的S-N曲线,比较在试验应力幅值下试件S-N曲线上所对应的疲劳寿命值与试验值的关系,从而验证出更符合实际情况的综合系数Ka表达式。 将试验数据用三参数威布尔分布拟合得到试件的疲劳寿命统计分布。比较各类试件的疲劳寿命概率密度曲线,进一步分析应力集中、尺寸、表面加工对试件疲劳寿命的影响。并以试验结果为依据验证了以“最薄弱环节”理论为基础建立的绝对尺寸效应模型。


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