Анализ усталости на основе S-N кривой: Решение основных проблем | MachineMFG

Анализ усталости на основе S-N кривой: Решение основных проблем

0
(0)

Усталостные свойства материалов обычно выражаются через циклы одноосного напряжения, известные как S-N-кривые. Важно отметить, что теория усталости, основанная на механике разрушения, в данном контексте не рассматривается.

Изменение напряжения с течением времени часто происходит по регулярной схеме, например, в виде синусоиды, квадратной волны или импульса. Однако влияние среднего напряжения на усталостные характеристики часто не учитывается (т. е. влияние r=Sмин/Smax ≠ -1).

В реальности напряженное состояние обычно многоосное, с неравномерным изменением напряжения и r≠-1. Соответствие между реальным напряжением и усталостными характеристиками, измеренными в лабораторных условиях, которые предполагают регулярное изменение напряжения, одноосное напряжение и r=1, является основой для анализа усталости.

1. Обработка влияния среднего напряжения

Если имеются кривые S-N для различных значений r, то для определения кривой S-N для неизвестных значений r обычно используется метод интерполяции.

В тех случаях, когда доступна только S-N-кривая с r=-1, для расчета эквивалентного напряжения можно использовать следующую формулу. Эта формула преобразует одноосное напряжение r≠-1 в одноосное напряжение при r=-1, которое известно как эквивалентное напряжение:

Где, Sa амплитуда полунапряжения, Se желаемое эквивалентное напряжение, Sm среднее напряжение, а различные значения Su и n представляют собой различные теории:

  • Предел текучести по Содербергу (sy) 1
  • Предельное растягивающее напряжение по Гудману (su) 1
  • Предельное растягивающее напряжение Гербера (su) 2
  • Истинное напряжение разрушения Морроу (sf) 1

2. Преобразование многоосного напряжения в одноосное

Для определения типа напряжения, используемого для преобразования, доступны следующие варианты напряжений: Эквивалентное напряжение Фон Мизеса, максимальное напряжение сдвига, максимальное главное напряжение или конкретный компонент напряжения (например, Sx, Syz и т.д.).

Иногда также используется напряжение Мизеса со знаком, при этом его величина остается неизменной. Знак соответствует знаку максимального главного напряжения. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет учитывать эффекты растяжения или сжатия, которые отражаются в среднем напряжении или r.

Подобно теория прочностиПреобразование эквивалентного напряжения фон Мизеса и максимального напряжения сдвига подходит для материалов с высокой пластичностью, а преобразование максимального главного напряжения - для хрупких материалов.

3. Лечение неравномерного стресса

Эквивалентная временная кривая одноосного напряжения для неравномерного высокого и низкого уровней анализируется для получения серии простых циклов напряжения (Sa, Sm) и соответствующие им времена.

Подсчет и статистика могут быть получены различными методами, включая метод зависимости от пути и метод независимости от пути.

Для завершения процесса подсчета применяется метод корреляции путей, который является наиболее распространенным методом подсчета дождевых потоков. Его алгоритм и принцип объясняются в статье "Downing, S., Society, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue, 4, 31 - 40".

После обработки дождевым потоком неравномерная временная кривая напряжений преобразуется в серию простых циклов (Sa, Sm, и niгде ni - количество циклов).

Этот метод позволяет применять теорию накопления повреждений (критерий Майнера) для расчета и анализа: Сумма (ni/Ni), где Ni - срок службы, соответствующий циклу напряжения (с учетом Sa, Smсм. выше).

Этот метод обычно используется для измерения коэффициента безопасности после определенного количества циклов или соответствующего срока службы конкретного сложного цикла напряжения.

В настоящее время коммерческое программное обеспечение для анализа усталости в основном основано на вышеупомянутом процессе.

Однако следует отметить, что анализ усталости - это эмпирический анализ, и зрелой и полной теории на данный момент не существует.

Существуют различные точки зрения относительно преобразования многоосного напряжения в одноосное.

Например, напряжение фон Мизеса - это размерность напряжения, основанная на идее удельной энергии изменения формы.

Использование понятий "положительный" и "отрицательный" или "растяжение" и "сжатие" - это неточный метод, и использовать его не рекомендуется.

Выбор типа напряжения зависит от возможной тенденции развития трещин в материалах или конструкциях, чтобы определить, какой вид напряжения является основным контролирующим фактором. усталостное разрушение.

Инженерная практика показывает, что сталь с хорошей пластичностью часто повреждается при многократном динамическом нагружении главным напряжением в случаях усталостное разрушение.

Дополнение о лечении эффекта среднего стресса:

"Если имеются S-N кривые при различных значениях R, то для определения S-N кривой при неизвестных значениях R обычно используется метод интерполяции".

Это только один метод, который полезен при проверке нескольких напряжений. Однако этот метод может быть громоздким при проверке срока службы только одного напряжения.

Другой метод заключается в определении эквивалентной полуамплитуды напряжения при условии R = -1, а затем непосредственном применении кривой S-N.

При наличии среднего напряжения кривая S-N не может быть использована напрямую. Вместо нее используйте кривую Гудмана или модифицированную кривую Гудмана.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх