一零件在非稳定对称循环[1]弯曲应力下工作,在 sigma_1=600mathrm(MPa) 时应力循环了 N_1=1.5times10^5 次,试用疲劳损伤累积假说估算,若该零件再受 sigma_2=450mathrm(MPa) 的作用直至破坏,问该零件还能继续工作多少次循环。已知 sigma_(1i)=400mathrm(MPa)。
一零件在非稳定对称循环[1]弯曲应力下工作,在 $\sigma_1=600\mathrm{MPa}$ 时应力循环了 $N_1=1.5\times10^5$ 次,试用疲劳损伤累积假说估算,若该零件再受 $\sigma_2=450\mathrm{MPa}$ 的作用直至破坏,问该零件还能继续工作多少次循环。已知 $\sigma_{1i}=400\mathrm{MPa}$。
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查疲劳损伤累积假说(Miner法则)的应用,以及如何根据给定的疲劳曲线公式计算不同应力水平下的剩余寿命。
解题核心思路:
- 确定疲劳曲线公式:题目隐含假设疲劳寿命与应力的关系为 $N = 10^6 \left( \frac{\sigma_i}{\sigma} \right)^3$,其中 $\sigma_i = 400\,\text{MPa}$ 是疲劳极限。
- 计算不同应力下的总寿命:分别代入 $\sigma_1 = 600\,\text{MPa}$ 和 $\sigma_2 = 450\,\text{MPa}$,求出对应的理论寿命 $N_1'$ 和 $N_2'$。
- 应用Miner法则:将已消耗的疲劳损伤比例与剩余损伤比例相加等于1,解方程求剩余循环次数 $n_2$。
破题关键点:
- 正确代入公式计算理论寿命。
- 理解Miner法则中损伤比例的累加关系。
步骤1:计算 $\sigma_1 = 600\,\text{MPa}$ 对应的理论寿命 $N_1'$
根据公式:
$N_1' = 10^6 \left( \frac{400}{600} \right)^3 = 10^6 \cdot \left( \frac{2}{3} \right)^3 = 10^6 \cdot \frac{8}{27} \approx 2.963 \times 10^5$
步骤2:计算 $\sigma_2 = 450\,\text{MPa}$ 对应的理论寿命 $N_2'$
同理:
$N_2' = 10^6 \left( \frac{400}{450} \right)^3 = 10^6 \cdot \left( \frac{8}{9} \right)^3 = 10^6 \cdot \frac{512}{729} \approx 7.023 \times 10^5$
步骤3:应用Miner法则建立方程
已消耗的损伤比例为 $\frac{1.5 \times 10^5}{2.963 \times 10^5}$,剩余损伤比例为 $\frac{n_2}{7.023 \times 10^5}$,总和为1:
$\frac{1.5 \times 10^5}{2.963 \times 10^5} + \frac{n_2}{7.023 \times 10^5} = 1$
步骤4:解方程求 $n_2$
计算得:
$\frac{1.5}{2.963} \approx 0.5063 \quad \Rightarrow \quad 0.5063 + \frac{n_2}{7.023 \times 10^5} = 1$
$\frac{n_2}{7.023 \times 10^5} = 1 - 0.5063 = 0.4937 \quad \Rightarrow \quad n_2 \approx 0.4937 \times 7.023 \times 10^5 \approx 3.47 \times 10^5$