本書結(jié)合力學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科，從理論到試驗(yàn)闡述疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論與方法，主要內(nèi)容包括疲勞強(qiáng)度理論的力學(xué)基礎(chǔ)、疲勞破壞的宏微觀特征、材料的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變特性、疲勞載荷特性與處理方法、基于應(yīng)力的疲勞分析理論、基于應(yīng)變的疲勞分析理論、疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的估算、疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)、多軸疲勞和基于頻域的疲勞分析方法，是一本論述疲勞強(qiáng)度理論和反映機(jī)械疲勞強(qiáng)度學(xué)科內(nèi)容的書籍。
更多科學(xué)出版社服務(wù)，請(qǐng)掃碼獲取。
《疲勞強(qiáng)度理論/北京工業(yè)大學(xué)研究生創(chuàng)新教育系列著作》：
第1章 緒論
1.1 疲勞強(qiáng)度研究的意義
疲勞是指材料、零件或構(gòu)件在循環(huán)加載下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)生突然脆性斷裂的現(xiàn)象。
飛機(jī)、船舶、機(jī)車、汽車、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械等主要零部件，大多數(shù)是在循環(huán)變化的載荷下工作，其主要失效形式之一為疲勞斷裂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故。早在1982年美國(guó)聯(lián)邦政府調(diào)查結(jié)果就表明，因機(jī)械設(shè)備疲勞壽命設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的事故損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4.4%，由疲勞斷裂引起的事故占機(jī)械結(jié)構(gòu)失效破壞總數(shù)的95%。在目前競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的世界機(jī)電設(shè)備市場(chǎng)上，用戶對(duì)機(jī)械設(shè)備的使用壽命提出了明確的要求，因此多年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家一直在研究機(jī)械疲勞有限壽命設(shè)計(jì)。例如，1998年美國(guó)克萊斯勒汽車公司花費(fèi)100萬(wàn)美元在產(chǎn)品開發(fā)部門引進(jìn)現(xiàn)代疲勞壽命設(shè)計(jì)技術(shù)，其結(jié)果節(jié)約開發(fā)新車型成本費(fèi)150多萬(wàn)美元，縮短產(chǎn)品定性周期3年多。由此可見，在強(qiáng)調(diào)重量輕、能耗低、壽命長(zhǎng)的高新產(chǎn)品的要求下，結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的研究無(wú)疑具有重要的研究?jī)r(jià)值。
對(duì)承受循環(huán)載荷的零件或構(gòu)件，需要由疲勞強(qiáng)度理論和疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定其合理的結(jié)構(gòu)和尺寸。疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法也是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要組成部分。疲勞強(qiáng)度由零件的局部應(yīng)力狀態(tài)和該處材料的疲勞性能來(lái)確定，因此疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)是針對(duì)零件最弱部位來(lái)進(jìn)行的。通過(guò)改進(jìn)零件的形狀，盡量避免過(guò)大的應(yīng)力集中以降低峰值應(yīng)力，或在最薄弱區(qū)域的表面采用強(qiáng)化工藝，使其疲勞強(qiáng)度顯著提高。
早期的機(jī)械設(shè)計(jì)，沒有認(rèn)識(shí)到材料的疲勞現(xiàn)象，設(shè)計(jì)過(guò)程中只考慮靜強(qiáng)度，而不考慮循環(huán)動(dòng)應(yīng)力對(duì)零件壽命的影響，由此設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械產(chǎn)品經(jīng)常在運(yùn)行一段時(shí)間后，即經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)后而產(chǎn)生了疲勞，導(dǎo)致突然發(fā)生脆性斷裂。如第一架噴氣式民用客機(jī)“彗星號(hào)”，1952年5月開始運(yùn)營(yíng)并經(jīng)過(guò)300小時(shí)的飛行試驗(yàn)。1954年1月，在經(jīng)過(guò)檢查僅4天后該飛機(jī)墜入地中海。在對(duì)大量的飛機(jī)殘骸進(jìn)行回收檢測(cè)，研究后得出結(jié)論：此次事故是機(jī)身連接倒角處出現(xiàn)微小裂紋導(dǎo)致密封增壓艙的疲勞失效引起的。之后又有兩架“彗星號(hào)”飛機(jī)發(fā)生災(zāi)難性事故，此后人們開始著重關(guān)注飛機(jī)疲勞設(shè)計(jì)。因此應(yīng)用疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)能保證機(jī)械在給定的壽命內(nèi)安全可靠地運(yùn)行，以防止疲勞破壞，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。
1.2 疲勞強(qiáng)度研究的發(fā)展簡(jiǎn)史
最早進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的是德國(guó)的Albert。1829年他首先對(duì)鐵質(zhì)的礦山升降機(jī)焊接鏈條支撐在直徑為12英寸的圓盤上，一端受載，利用圓盤的來(lái)回?cái)[動(dòng)進(jìn)行了反復(fù)的加載試驗(yàn)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定的反復(fù)加載次數(shù)下，焊接鏈條發(fā)生了破壞現(xiàn)象。
1839年，法國(guó)人Poncelet首先使用了“疲勞”的概念來(lái)描述反復(fù)加載過(guò)程中材料或零件發(fā)生破壞的現(xiàn)象。
德國(guó)人WOhler于1850年設(shè)計(jì)了第一臺(tái)疲勞試驗(yàn)機(jī)，在1850～1870年，Wohler在實(shí)驗(yàn)室針對(duì)機(jī)車車軸的失效破壞進(jìn)行了很多反復(fù)加載下的疲勞試驗(yàn)，并首次對(duì)疲勞進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，因此WOhler被認(rèn)為是系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)研究之父。他通過(guò)S-N曲線表明，疲勞壽命隨著應(yīng)力幅的增大而降低，在低于一個(gè)應(yīng)力幅極限值時(shí)，試件不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。同時(shí)指出對(duì)于疲勞而言，應(yīng)力幅的影響比**應(yīng)力更為重要。他在1871年發(fā)表的論文中，系統(tǒng)地論述了疲勞壽命與循環(huán)應(yīng)力之間的關(guān)系，提出了S-N曲線和疲勞極限的概念，從而奠定了金屬疲勞研究的基礎(chǔ)。
1870～1899年，許多學(xué)者驗(yàn)證并擴(kuò)展了WOhler的研究。Gerber等研究了平均應(yīng)力的影響，Goodman提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的公式來(lái)考慮平均應(yīng)力，從而形成了描述平均應(yīng)力與應(yīng)力幅值之間變化關(guān)系的疲勞極限線圖，即Gerber、Goodman等提出的常規(guī)疲勞設(shè)計(jì)用的疲勞極限線圖。
……
書單推薦
