载荷谱与汽车零部件寿命学士论文

一系列的变幅循环载荷所产生的疲劳损伤的累积而造成的。疲劳累积损伤理论研究的是在变幅疲劳载荷作用下疲劳损伤的累积规律和疲劳破坏的准则。

不同研究者根据他们对损伤累积方式的不同假设，提出了不同的疲劳累积损伤理论(fatigue damage cumulative rules)。到现在，已经提出的疲劳累积损伤理论不下数十种。这些理论归纳起来大致可以分为以下四大类：

（1）线性疲劳累积损伤理论：这种理论假定材料各个应力水平下的疲劳损伤是独立进行的，总损伤可以线性叠加。最具有代表性的是Miner法则，以及稍加改变的修正Miner法则和相对Miner法则。

（2）双线性累积损伤理论：这种理论认为材料疲劳过程初期和后期分别按两种不同的线性规律累积。最具有代表性的是Manson的双线性累积损伤理论。

（3）非线性累积损伤理论：这种理论假定载荷历程与损伤之间存在着相互干涉作用，即各个载荷所造成的疲劳损伤与其以前的载荷历史有关。最具代表的是损伤曲线法和Corten-Dolan理论。

（4）其它累积损伤理论：这些理论大多是从实验、观测和分析归纳出来的经验或半经验公式。如Levy理论和Kozin理论等。 线性疲劳累积损伤理论

线性疲劳累积损伤理论是指在循环载荷作用下，疲劳损伤是可以线性地累加的，各个应力之间相互独立和互不相关的，当累积的损伤达到某一数值时，试件或构件就发生疲劳破坏。线性累积损伤理论中最具代表性的是Palmgren-Miner 理论，简称Miner 理论。Miner 理论对于三个问题的回答如下： 1) 一个循环造成的损伤；

D ??1 /N

式中N 为对应于当前载荷水平S 的疲劳寿命。 2) 等幅载荷下， n 个循环造成的损伤：

D ??n/N

变幅载何下， n 个循环造成的损伤：

D ??n1

i?1Ni式中Ni 为对应于当前载荷水平Si的疲劳寿命。

3) 临界疲劳损伤DCR ：若是常幅循环载荷，显然当循环载荷的次 数n 等于疲劳寿命N 时，疲劳破坏发生，即n ??N ，这时 ???????????????????????????DCR =1

Miner 理论是一个线性疲劳累积损伤理论，它没有考虑载荷次序的影响， 而实际上加载次序对疲劳寿命影响很大，对此已有大量的试验研究。对于二张 或者很少几级加载的情况下，试验件破坏时的临界损伤

DCR偏离1 很大。一

般地，高-低加载顺序，临界累积损伤小于1，而低-高加载顺序，临界累积损 伤大于是，这就是所谓的“锻炼”效应。但是，对于随机载荷，试验件破坏时 的临界损伤值DCR在1 附近，这也是目前工程上广泛采用Miner 理论的原因。 Miner理论相对比较简单，而且已经可以较好的预测疲劳寿命的均值，目前在工程上广泛使用的还是Miner线性疲劳累积损伤理论。

3.2.2频次计数法

使构件产生疲劳损伤的主要因素是应力幅值和应力循环的次数, 将实测的随机载荷时间历程简化为一系列的全循环或半循环的过程叫做“计数法”。频次计数法是从疲劳损伤的角度出发,对时间历程作统计分析,将时间历程简化为一系列的循环或半循环。计数法有十几种,但常用的有峰值计数法、雨流计数法、变程-均值计数法和四峰谷计数法。 （1）峰值计数法

这种方法认为对物件疲劳损伤影响较大的是随机应力的峰值和谷值的大小以及出现的次数, 而与应力随时间的变化没有关系。因此在随机应力波的统计中将峰值和谷值分另进行统计出它们某一个量值出现的次数, 从而推出概率密度函数, 以及累积概率分布函数。两相邻峰谷值之差称为变程图,过小的变程对物件疲劳损伤设有什么影响,可当成无效变程予以忽咯, 即对无效变程两端的峰谷值不予统计。一般把小于材料在对称循环下疲劳极限的5%或小于最大变程的10%的变程予以忽略。

这种计数法简单易行, 而且真实地反映了应力或载荷的图形, 所以被广泛应用。但在某种情况下峰值计数法统计的结果用于疲劳试验或估算构件寿命与实际有较大出入, 这是不足之处, 但目前好多国家仍在研究和完善它, 如美国的公司、日本的小野和三荣等公司都把峰值法统计处理程序作为一种专用程序, 故峰值计数法仍具有很大的实用价值。 （2）雨流计数法

雨流计数法简称雨流法，也叫“塔顶法”。其最大的优点是计数方法与材料的应力一应变行为相一致。目前, 雨流计数法是国内外应用最为广泛的方法。这是由于雨流计数法具有以下几个优点：

① 将载荷的统计分析与材料的疲劳特性建立起一定的联系, 更易于为人们接受； ② 这种双参数的计数法既能统计趋势, 又不遗失小的交变信号； ③ 使载荷一时间历程的每一部分都参加计数而且只计数一次；

④ 便于计算机处理, 实现数据处理的自动化。经雨流计数法处理后就可以得到载荷幅值、均值和相应频次的重要关系。

本文根据雨流计数法的一般规则，采用简化雨流计数法进行计数。简化雨流计数法，适用于以典型载荷谱段为基础的重复历程，其优点是计数的结果均为全循环。其基本原理是:

①由随机载荷谱中选取适合雨流计数的最大峰(谷)处起止的典型段，作为计数典型段。如图3.2中1一1’段(最大峰起止)，或2一2’段(最大谷起止)。

图3.2 雨流计数典型段的选取

②将谱历程曲线旋转90?放置，如图3.3所示。将载荷历程看做多层屋顶，假设有雨滴沿最大峰(谷)处开始往下流。若无屋顶阻挡，则雨滴反向，继续流至端点。图中雨滴从A开始，沿AB流动，至B点后落至CD屋面，继续流至D处;因再无屋顶阻挡，雨滴反向沿DE流动至E处，下落至屋面JA’，至A’处流动结束。所示的雨流路径为ABDEA’。

图3.3 雨流计数过程

③记下雨滴流过的最大峰、谷值，作为一个循环。图3.3中第一次流经的路径，给出的循环为ADA’。循环的参量(载荷变程和平均载荷)，可由图中读出，如ADA’ 循环的载荷变程?S=5-（-4)=9，平均载荷Sm=[5+(-4)]/2=0.5。

④从载荷历程中删除雨滴流过的部分，对各剩余历程段，重复上述雨流计数。直至再无剩余历程为止。如图3.3所示，第二次雨流得到BCB’和EHE’循环;第三次雨流得到FGF’和IJI’循环;计数完毕。 雨流计数法规则为:

①雨流的起点依次在每个峰值(谷值)的内侧，即屋顶;

②雨流在下一个峰值(谷值)处落下，直到对面的峰值(谷值)比开始时更大(更小)为止;

③当雨流遇到上面屋顶流下的雨流时，就停止;

④取出所有的全循环，并一记下各自的起始值和终止值;

⑤按正、负斜率取出所有的半循环，并记下各自的起始值和终止值; ⑥把取出的半循环按雨流法第二阶段计数法则处理并计数。