现代机械设计手册 疲劳强度可靠性设计 第2版 单行本 谢里阳 编 专业科技 文轩网

第28篇  疲劳强度设计
章机械零部件疲劳强度与寿命
1.1零部件疲劳失效与疲劳寿命28-3
1.1.1疲劳失效及其特点28-3
1.1.2机械零部件常见疲劳失效形式28-3
1.1.3疲劳设计准则28-3
1.1.3.1名义应力准则28-3
1.1.3.2局部应力应变准则28-4
1.1.3.3损伤容限设计准则28-4
1.1.3.4多轴疲劳准则28-4
1.2疲劳载荷28-4
1.2.1循环应力28-4
1.2.2循环计数法28-5
1.2.3载荷谱编制28-6
1.2.3.1累积频数曲线28-7
1.2.3.2载荷谱编制28-7
1.2.3.3应用举例28-8
1.3材料疲劳性能28-8
1.4疲劳损伤累积效应与法则28-9
1.4.1线性疲劳累积损伤（Miner）法则28-9
1.4.2相对Miner法则28-10
1.5平均应力修正28-10
第2章疲劳失效影响因素与提高疲劳强度的措施
2.1应力集中效应28-11
2.1.1应力分布及材料对应力集中的敏感性28-11
2.1.2理论应力集中系数28-11
2.1.3有效应力集中系数28-12
2.1.3.1带台肩圆角的机械零件的有效应力集中系数28-12
2.1.3.2带沟槽的机械零件的有效应力集中系数28-14
2.1.3.3开孔的机械零件的有效应力集中系数28-17
2.1.3.4其他常用零件的有效应力集中系数28-18
2.2尺寸效应28-22
2.3表面状态效应28-24
2.3.1表面精度影响28-24
2.3.2表面强化效应28-24
2.4载荷影响28-26
2.4.1载荷类型影响28-26
2.4.2载荷频率影响28-26
2.4.3平均应力影响28-27
2.5环境因素28-29
2.5.1腐蚀环境28-29
2.5.1.1载荷频率的影响28-29
2.5.1.2腐蚀方式的影响28-30
2.5.1.3腐蚀介质的影响28-30
2.5.1.4结构尺寸与形状的影响28-30
2.5.2温度的影响28-32
2.5.2.1低温的影响28-32
2.5.2.2高温的影响28-33
2.6提高零件疲劳强度的方法28-43
2.6.1合理选材28-43
2.6.2材料改性28-43
2.6.3改进结构28-43
2.6.4表面强化28-45
2.6.4.1表面喷丸28-45
2.6.4.2表面辊压28-46
2.6.4.3内孔挤压28-48
2.6.4.4表面化学热处理28-48
2.6.4.5表面淬火28-51
2.6.4.6表面激光处理28-51
第3章高周疲劳强度设计方法
3.1材料的常规疲劳性能数据28-53
3.1.1材料疲劳极限28-53
3.1.2材料的S-N曲线28-60
3.1.3疲劳安全系数28-74
3.2无限寿命设计28-77
3.2.1单向应力状态下的无限寿命设计28-77
3.2.1.1计算公式28-77
3.2.1.2设计实例28-78
3.2.2复杂应力状态下的无限寿命设计28-79
3.2.3连接件的疲劳寿命估算——应力严重系数法28-79
3.3有限寿命设计28-81
3.3.1计算公式28-81
3.3.2寿命估算28-81
3.3.3设计实例28-81
3.4频域疲劳寿命分析方法28-82
3.4.1随机过程基本理论28-82
3.4.1.1信号傅里叶变换28-82
3.4.1.2信号采样定理28-83
3.4.1.3平稳随机过程28-83
3.4.1.4平稳随机过程谱参数28-84
3.4.2频域疲劳寿命分析方法28-84
3.4.2.1窄带随机载荷疲劳寿命分析28-84
3.4.2.2宽带随机载荷疲劳寿命分析28-84
3.4.3算例28-84
第4章低周疲劳强度设计方法
4.1材料低周疲劳性能28-86
4.2循环应力-应变曲线28-88
4.2.1滞回线28-88
4.2.2循环硬化与循环软化28-89
4.2.3循环应力-应变曲线28-89
4.3应变-寿命曲线28-92
4.3.1应变-寿命方程28-92
4.3.2四点法求应变-寿命曲线28-94
4.3.3通用斜率法28-95
4.4低周疲劳的寿命估算28-95
4.4.1直接法28-95
4.4.2裂纹形成寿命估算方法28-96
4.4.2.1局部应力-应变分析28-97
4.4.2.2裂纹形成寿命估算方法28-99
4.4.2.3设计实例28-100
第5章裂纹扩展寿命估算方法
5.1应力强度因子与断裂韧性28-103
5.1.1应力强度因子28-103
5.1.2断裂韧度28-103
5.2裂纹扩展特性与裂纹扩展速率28-112
5.2.1裂纹扩展过程28-112
5.2.2裂纹扩展门槛值ΔKth28-113
5.2.3裂纹扩展速率da／dN28-115
5.3疲劳裂纹扩展寿命估算方法28-126
5.4算例28-126
5.5损伤容限设计28-127
5.5.1损伤容限设计概念28-127
5.5.2损伤容限设计的内容28-128
5.5.2.1确定关键件28-128
5.5.2.2材料选择28-128
5.5.2.3结构细节设计的控制28-129
5.5.3结构设计28-129
5.5.4缺陷假设28-130
5.5.4.1初始裂纹尺寸28-130
5.5.4.2连续损伤假设28-130
5.5.4.3剩余结构损伤28-131
5.5.4.4使用中检查后损伤假设28-131
5.5.5剩余强度28-131
5.5.5.1剩余强度概念28-131
5.5.5.2多途径传力结构剩余强度曲线28-132
5.5.6损伤检查28-134
5.5.6.1可检查度28-135
5.5.6.2检查能力评估方法28-135
5.5.6.3检查间隔28-137
第6章疲劳试验与数据处理
6.1疲劳试验机28-140
6.1.1疲劳试验机的种类28-140
6.1.2疲劳试验加载方式28-140
6.1.3疲劳试验控制方式28-140
6.1.4疲劳试验数据采集28-141
6.2疲劳试样及其制备28-141
6.2.1试样28-141
6.2.1.1光滑试样28-141
6.2.1.2缺口试验28-142
6.2.1.3低周疲劳试样28-142
6.2.1.4疲劳裂纹扩展试样28-143
6.2.2试样制备28-144
6.2.2.1取样28-144
6.2.2.2机械加工28-145
6.2.2.3热处理28-146
6.2.2.4测量、探伤与储存28-146
6.3疲劳试验方法28-146
6.3.1S-N曲线试验28-146
6.3.1.1单点试验法28-146
6.3.1.2成组试验法28-147
6.3.2疲劳极限试验28-148
6.3.3ε-N曲线试验28-149
6.3.4应力-应变曲线试验28-150
6.3.5裂纹扩展速率（da/dN曲线）试验28-151
6.3.6断裂韧性试验28-151
6.4疲劳试验数据处理28-152
6.4.1可疑观测值的取舍28-152
6.4.2S-N曲线拟合28-153
6.4.3ε-N曲线拟合28-154
6.4.4应力-应变曲线拟合28-155
6.4.5da/dN曲线拟合28-155
6.4.6断裂韧性试验数据处理28-157
参考文献28-159
第29篇  可靠性设计
章机械失效与可靠性
1.1机械零部件的典型失效形式29-3
1.1.1静载失效29-3
1.1.2疲劳失效29-3
1.1.3腐蚀失效29-3
1.1.4磨损失效29-3
1.1.5冲击失效29-4
1.1.6振动失效29-4
1.2可靠性及其指标29-4
1.2.1产品质量29-4
1.2.2产品的可靠性29-4
1.2.3产品可靠性与全寿命周期费用29-4
1.2.4寿命均值与方差29-5
1.2.5平均无故障工作时间29-5
1.2.6产品寿命分布与可靠度29-6
1.2.7失效率29-6
1.2.8可靠寿命与特征寿命29-8
1.2.9维修度29-8
1.2.10有效度29-8
第2章可靠性设计流程
2.1可靠性目标及其分解29-9
2.2可靠性设计流程29-9
2.3各设计阶段的可靠性内容29-10
2.3.1方案设计阶段29-10
2.3.2系统设计阶段29-10
2.3.3详细设计阶段29-11
2.3.4设计评审阶段29-11
第3章可靠性数据及其统计分布
3.1可靠性数据采集29-12
3.1.1可靠性设计与评估数据要求29-12
3.1.2可靠性数据来源及采集29-12
3.2可靠性数据统计的内容及方法29-12
3.2.1可靠性数据统计内容29-12
3.2.2可靠性数据统计流程29-13
3.3载荷分布与强度分布29-13
3.3.1正态分布29-13
3.3.2极值分布29-14
3.3.3次序统计量及其分布29-15
3.4载荷作用次数分布及故障次数分布29-15
3.4.1二项分布29-15
3.4.2泊松(Poisson)分布29-15
3.5寿命分布29-16
3.5.1指数分布29-16
3.5.2威布尔(Weibull)分布29-16
3.5.3对数正态分布29-17
第4章故障模式、影响及危害度分析
4.1基本概念与方法步骤29-19
4.1.1基本概念29-19
4.1.2FMECA的层次与分析过程29-19
4.1.3FMECA的实施步骤29-20
4.2危害度分析29-21
4.2.1风险优先数29-21
4.2.2危害度矩阵图29-22
4.2.3综合评分法29-22
4.3FMECA应用示例29-23
第5章故障树分析
5.1基本概念与基本符号29-33
5.1.1故障树基本概念29-33
5.1.2故障树基本符号29-34
5.1.3割集与路集29-35
5.2故障树建树与分析方法29-35
5.2.1建立故障树的方法与步骤29-35
5.2.2故障树定性分析29-36
5.2.3故障树定量分析29-37
5.3故障树分析实例29-39
第6章机械系统可靠性设计
6.1系统可靠性设计内容29-46
6.2系统可靠性模型29-46
6.2.1串联系统可靠性模型29-46
6.2.1.1传统模型29-46
6.2.1.2精确模型29-47
6.2.2并联系统可靠性模型29-47
6.2.2.1传统模型29-47
6.2.2.2精确模型29-48
6.2.3串-并联系统可靠性模型29-48
6.2.4并-串联系统可靠性模型29-48
6.2.5表决系统可靠性模型29-48
6.3可靠性分配29-49
6.3.1等分配法29-49
6.3.2再分配法29-49
6.3.3比例分配法29-50
6.3.4综合评分分配法29-51
6.3.5动态规划分配法29-52
6.3.5.1串联系统29-52
6.3.5.2并联系统29-53
6.4可靠性预测实例29-53
第7章机构可靠性设计
7.1机构可靠性模型及评价指标29-56
7.1.1机构可靠性建模方法29-56
7.1.2机构工作过程分解29-56
7.1.3机构功能可靠性29-57
7.2曲柄滑块机构运动可靠性29-57
7.2.1机构运动误差29-57
7.2.2理想状态下机构运动关系29-58
7.2.3机构可靠性模型29-58
7.2.3.1考虑尺寸误差的计算模型29-58
7.2.3.2考虑运动副间隙误差的计算模型29-60
第8章零件静强度可靠性设计
8.1基本原理29-62
8.1.1安全系数与可靠性参数29-62
8.1.2可靠性设计计算基本原理29-62
8.2应力分布和强度分布影响因素29-64
8.2.1载荷29-64
8.2.2材料性能29-64
8.2.3制造工艺29-64
8.2.4几何形状及尺寸29-64
8.3随机变量函数均值和标准差计算方法29-64
8.3.1计算分布参数的矩方法29-64
8.3.2常用随机变量函数均值与标准差公式29-65
8.4零件可靠度计算的应力-强度干涉模型29-65
8.4.1应力-强度干涉模型29-65
8.4.2载荷多次作用下的可靠性模型29-66
8.5静强度可靠性设计29-67
8.5.1零件静强度可靠性设计的主要内容与步骤29-67
8.5.2静强度可靠性设计举例29-68
8.6断裂可靠性设计29-68
8.6.1断裂力学的基本概念29-68
8.6.2断裂可靠性设计29-69
8.7可靠性设计计算的蒙特卡罗法29-70
8.7.1蒙特卡罗法求解可靠度的原理29-70
8.7.2随机数的产生29-70
8.7.3随机变量抽样方法29-70
8.7.4应用举例——发动机轮盘可靠性仿真29-70
8.8典型机械零件可靠性设计举例29-71
8.8.1螺纹连接可靠性设计29-71
8.8.2过盈连接的可靠性设计29-74
第9章零部件疲劳及磨损可靠性设计
9.1零部件疲劳强度可靠性设计29-76
9.1.1疲劳强度可靠性设计基本原理29-76
9.1.2平均应力效应29-76
9.1.3疲劳强度可靠性设计计算29-76
9.2疲劳强度可靠性递推算法29-77
9.3随机恒幅循环载荷疲劳可靠度的统计平均算法29-78
9.4磨损可靠性29-78
9.4.1磨损的基本概念29-78
9.4.2给定寿命下的磨损可靠度计算29-79
9.4.3给定磨损可靠度时的可靠寿命计算29-80
0章可靠性评价
10.1零件可靠性评价29-81
10.1.1复杂载荷工况可靠性评价29-81
10.1.2强度退化规律29-81
10.1.3存在强度退化时的可靠性模型29-82
10.1.4离散化的可靠性模型29-82
10.2系统可靠性评价29-84
10.2.1系统可靠性评价方法29-84
10.2.2行星齿轮系可靠度计算29-84
1章可靠性试验与数据处理
11.1可靠性试验29-86
11.1.1可靠性试验类型29-86
11.1.2可靠性试验数据类型29-86
11.2可靠性数据分布类型检验29-87
11.2.1χ2检验法29-87
11.2.2K-S检验法29-88
11.2.3回归分析检验法29-89
11.3参数估计29-91
11.3.1矩估计29-91
11.3.2极大似然估计29-91
11.4指数分布假设检验与参数估计29-91
11.4.1拟合性检验29-91
11.4.2参数估计29-92
11.5正态分布统计检验与参数估计29-93
11.5.1拟合性检验29-93
11.5.2正态分布参数估计29-94
11.6非参数估计方法29-95
11.6.1基于完全寿命数据的可靠性估计29-95
11.6.2基于截尾寿命数据的可靠性估计29-97
附录
附录Ⅰ可靠性标准29-99
Ⅰ-1中国国家可靠性标准29-99
Ⅰ-2中国电子行业可靠性标准29-101
Ⅰ-3中国机械行业可靠性标准29-101
附录Ⅱ概率分布表29-102
Ⅱ-1标准正态分布表29-102
Ⅱ-2χ2分布表29-103
Ⅱ-3t分布表29-105
Ⅱ-4F分布表29-106
Ⅱ-5Γ函数表29-111
参考文献29-113