机械可靠性设计数据获得优秀PPT.ppt

《机械可靠性设计数据获得优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械可靠性设计数据获得优秀PPT.ppt（96页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、机械可靠性设计数据获得你现在浏览的是第一页，共96页5.1 可靠性试验可靠性试验第五章第五章 机械零件可靠性数据的获得机械零件可靠性数据的获得 5.2 可靠性数据分析可靠性数据分析5.5 分布状态的疲劳曲线和极限应力线图分布状态的疲劳曲线和极限应力线图5.3 载荷的统计处理载荷的统计处理5.4 应力和强度分布及其分布参数的确定应力和强度分布及其分布参数的确定你现在浏览的是第二页，共96页5.1 可靠性试验可靠性试验可以对试验产品的失效分析，可可以对试验产品的失效分析，可揭示产品的薄弱揭示产品的薄弱 环节及其原因环节及其原因，提，提高产品的可靠性。高产品的可靠性。第五章第五章 机械零件可靠性数据

2、的获得机械零件可靠性数据的获得 通常可靠性试验可分为：通常可靠性试验可分为：寿命试验寿命试验环境试验环境试验现场试验现场试验可靠性试验可靠性试验 是为了分析、验证与定量评价产品的可靠性指标是为了分析、验证与定量评价产品的可靠性指标而进行各种试验的总称。而进行各种试验的总称。可靠性试验的目的可靠性试验的目的获得受试产品在各种环境条件下工作时真实的可靠性指标，如失效获得受试产品在各种环境条件下工作时真实的可靠性指标，如失效概率、可靠度、平均寿命、失效率等，为使用、生产、设计提供概率、可靠度、平均寿命、失效率等，为使用、生产、设计提供可可靠性数据靠性数据。对试验结果进行统计处理对试验结果进行统计处理

3、你现在浏览的是第三页，共96页一、寿命试验一、寿命试验 寿命试验是可靠性试验的主要内容寿命试验是可靠性试验的主要内容。它是评价、分析。它是评价、分析产品寿命特征的试验，一般是在产品寿命特征的试验，一般是在试验室条件试验室条件下，模拟下，模拟实际使用工况进行试验。实际使用工况进行试验。是指是指“强化强化”试验条件而得到正常工试验条件而得到正常工作条件下的各项可靠性指标。作条件下的各项可靠性指标。虽然这种模拟具有一定的近似性，但寿命试验结果可虽然这种模拟具有一定的近似性，但寿命试验结果可以知道产品的寿命特征、失效规律，计算出产品的平以知道产品的寿命特征、失效规律，计算出产品的平均寿命和失效率等可靠

4、性指标，以便作为可靠性设计、均寿命和失效率等可靠性指标，以便作为可靠性设计、可据性预测、改进产品质量的依据。可据性预测、改进产品质量的依据。1工作寿命试验工作寿命试验产品在规定的条件下作加负荷的工作产品在规定的条件下作加负荷的工作试验，就是一般说的寿命试试验，就是一般说的寿命试 验。验。2加速寿命试验加速寿命试验你现在浏览的是第四页，共96页一、寿命试验一、寿命试验1 1工作寿命试验工作寿命试验 （寿命服从某种概率分布）。（寿命服从某种概率分布）。试验进行到规定的时间试验进行到规定的时间t。产品失效数。产品失效数r是随机变量。是随机变量。寿命试验分为两大类：寿命试验分为两大类：截尾寿命试验是指

5、试验达到规定的失效截尾寿命试验是指试验达到规定的失效数，就停止，或当试验时间达到规定的数，就停止，或当试验时间达到规定的失效时间就停止。失效时间就停止。样本全部失效为止，花费较长的时间样本全部失效为止，花费较长的时间(1)完全寿命试验完全寿命试验(2)截尾寿命试验截尾寿命试验定时截尾试验定时截尾试验定数截尾试验定数截尾试验试验进行到规定的失效数试验进行到规定的失效数r，而失效时间，而失效时间t是随机变量是随机变量 你现在浏览的是第五页，共96页确定投试样本数确定投试样本数或(n20)寿命试验的设计寿命试验的设计应根据被试产品的性质和试验的目的来进行。应根据被试产品的性质和试验的目的来进行。寿命

6、试验设计一般要包括下列基本内容：寿命试验设计一般要包括下列基本内容：明确试验对象明确试验对象 正确性，经济性。正确性，经济性。确定试验条件确定试验条件确定施加的环境应力与负荷应力。确定施加的环境应力与负荷应力。试验条件要严试验条件要严格控制，以保证试验结果的有效性格控制，以保证试验结果的有效性。拟定失效标准拟定失效标准 一个产品的技术指标超出了标准就判为失效。一个产品的技术指标超出了标准就判为失效。选定测试周期选定测试周期如对截尾试验，失效概率按等间隔取值，当如对截尾试验，失效概率按等间隔取值，当F(t)较小时就停止较小时就停止 2%，4%，5，10,20等。等。投试样本数投试样本数n可估计公

7、式：可估计公式：n20你现在浏览的是第六页，共96页寿命试验的设计寿命试验的设计 测试时间测试时间t的估计公式：的估计公式：例例5-l 已知某组样本寿命适用于指数分布，估计它的平均寿已知某组样本寿命适用于指数分布，估计它的平均寿命约为命约为2000h，希望在希望在1000h左右的试验中，能观测到左右的试验中，能观测到r8个失效，试问应投试多少样本个失效，试问应投试多少样本.所以取所以取n=21解解:由指数分布失效概率计算式，今由指数分布失效概率计算式，今t 1000h，T2000h得：得：你现在浏览的是第七页，共96页习题习题1.已知某组样本寿命适用于指数分布，估计它的平均已知某组样本寿命适用

8、于指数分布，估计它的平均寿命约为寿命约为3000h，若希望在达到若希望在达到1000h试验时，能观测到试验时，能观测到r5个失效，试问应投试多少样本个失效，试问应投试多少样本.习题习题2.已知某组样本寿命适用于指数分布，估计它的平均寿已知某组样本寿命适用于指数分布，估计它的平均寿命约为命约为3000h，投试，投试25个样本，若希望能观测到个样本，若希望能观测到r5个失效，个失效，试估计试验截止时间。试估计试验截止时间。你现在浏览的是第八页，共96页2加速寿命试验加速寿命试验 它是指它是指“强化强化”试验条件而得到正常工作试验条件而得到正常工作条件下的各项可靠性指标。条件下的各项可靠性指标。应力

9、应力s与寿命与寿命t的关系的关系 对于不同的产品，用统计对于不同的产品，用统计的方法可以得出其应力与寿命的方法可以得出其应力与寿命之间的关系曲线之间的关系曲线(如材料或零件如材料或零件的的s-N曲线曲线)，如图所示。依，如图所示。依据这一关系可以确定合理的据这一关系可以确定合理的加速试验应力和时间，并预加速试验应力和时间，并预测正常工作寿命。测正常工作寿命。加速寿命试验的加速程度用加速系数加速寿命试验的加速程度用加速系数Ka表示，即：表示，即：0sts1t1s2t2加速加速正常正常你现在浏览的是第九页，共96页加速系数加速系数Ka是表明应力水平加速效果的一个量是表明应力水平加速效果的一个量若若

10、m=6.5,s1=1.3s2时，时，KaN2/N1=5.5加速寿命试验试验应力加速寿命试验试验应力s的确定方法的确定方法 如已知应力与寿命的关系为：如已知应力与寿命的关系为：你现在浏览的是第十页，共96页二、环境试验和现场试验二、环境试验和现场试验 为评价分析产品的可靠性，试验中要填写设备履历表，包括使用环为评价分析产品的可靠性，试验中要填写设备履历表，包括使用环境条件、使用工作时间、维护修理记录、境条件、使用工作时间、维护修理记录、失效记录与失效原因分析失效记录与失效原因分析等。等。是指在额定的应力条件下，考虑到各种环境条件，如温度、湿度、是指在额定的应力条件下，考虑到各种环境条件，如温度、

11、湿度、冲击、振动、腐蚀介质、电磁场、辐射等对产品可靠性的影响，从冲击、振动、腐蚀介质、电磁场、辐射等对产品可靠性的影响，从而确定产品可靠性指标而确定产品可靠性指标 的一种试验方法。的一种试验方法。环境试验环境试验现场试验现场试验通过统计分析，就可得到产品的失效率和平均寿命等可靠性数据，同通过统计分析，就可得到产品的失效率和平均寿命等可靠性数据，同时找出失效原因，采用改进措施，提高产品的可靠性。时找出失效原因，采用改进措施，提高产品的可靠性。是指在使用现场对产品工作可靠性所进行的测量、试验。是指在使用现场对产品工作可靠性所进行的测量、试验。你现在浏览的是第十一页，共96页 GJB450A在可靠性

12、工作项目中规定的可靠性环境试在可靠性工作项目中规定的可靠性环境试验：验：环境应力筛选试验环境应力筛选试验可靠性研制试验可靠性研制试验可靠性增长试验可靠性增长试验可靠性鉴定试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验可靠性验收试验你现在浏览的是第十二页，共96页 在产品出厂前或使用前，有意将环境应力施加到产品上，以便在产品出厂前或使用前，有意将环境应力施加到产品上，以便发现和排除不良元器件、制造工艺和其他原因引入的缺陷造成的发现和排除不良元器件、制造工艺和其他原因引入的缺陷造成的早期故障。早期故障。通过对产品施加环境应力、工作载荷，寻找产品中的设计缺陷，以改通过对产品施加环境应力、工作载荷，寻找产品中的设计

13、缺陷，以改进设计，提高产品的固有可靠性。进设计，提高产品的固有可靠性。环境应力筛选试验环境应力筛选试验(ESSEnvironment Stress Screen)可靠性研制试验可靠性研制试验通过对产品施加模拟实际使用环境的综合环境应力，暴露产品中的潜通过对产品施加模拟实际使用环境的综合环境应力，暴露产品中的潜在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性达到规定的要求。在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性达到规定的要求。可靠性增长试验可靠性增长试验你现在浏览的是第十三页，共96页模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证产品设计是否达到规模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证产品设计是否达到规定的可

14、靠性要求定的可靠性要求 可靠性鉴定试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验可靠性验收试验模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证批生产产品的模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证批生产产品的可靠性是否保持在规定的水平，即产品经过生产期间的工艺、可靠性是否保持在规定的水平，即产品经过生产期间的工艺、工装、工作流程变化后的可靠性。工装、工作流程变化后的可靠性。你现在浏览的是第十四页，共96页5.2.1 概率分布的检验概率分布的检验等分刻度的累积失效概率等分刻度的累积失效概率5.2 可靠性试验数据分析可靠性试验数据分析你现在浏览的是第十五页，共96页1.0-1.02.0-2.03.0-3.00.841

15、30.15870.97730.02280.99870.00130.5+-+2-2+3-3F(t)=(z)0z t5.2.1 概率分布的检验概率分布的检验你现在浏览的是第十六页，共96页正态概率分布的图分析法正态概率分布的图分析法1、在正态概率纸上点数据点并绘分布直线、在正态概率纸上点数据点并绘分布直线（1）将观测数据从小到大顺序排列）将观测数据从小到大顺序排列如如t1t2 t3 tn并依次列入表中并依次列入表中（2）估计累计分布概率）估计累计分布概率F(ti)由于子样（样本）的实验结果只能反映一个局部，不能完全代表由于子样（样本）的实验结果只能反映一个局部，不能完全代表母体的实际情况，因此，可

16、采用母体的实际情况，因此，可采用平均秩平均秩或或中位秩中位秩来作为母体失来作为母体失效概率的估计值。效概率的估计值。序号序号i 1 2 3 n-1 n ti t1 t2 t3 tn-1 tn你现在浏览的是第十七页，共96页也有用也有用中位秩中位秩代替代替平均秩平均秩的。当小子样（的。当小子样（n30）的概率密度连续对称）的概率密度连续对称时，一般采用中位秩来估计：时，一般采用中位秩来估计：序号序号i 1 2 3 n-1 n ti t1 t2 t3 tn-1 tn无论母体为何种分布，其失效概率的平均值恒为无论母体为何种分布，其失效概率的平均值恒为式中式中 i观察值按有小到大的次序排列的序号，观察

17、值按有小到大的次序排列的序号，i=1，2n；n子样容量子样容量平均秩（平均秩（mean rank）中位秩中位秩你现在浏览的是第十八页，共96页（3）点数据点）点数据点在正态概率纸上点上数据点在正态概率纸上点上数据点如果这些点近似地在一条直线上，则说明该分布为正态分布。如果这些点近似地在一条直线上，则说明该分布为正态分布。（4）绘分布直线）绘分布直线该直线即为各数据的分布直线（或称拟合直线，回归直线）。该直线即为各数据的分布直线（或称拟合直线，回归直线）。注意：应使直线尽量靠近各数据点，尤其是注意：应使直线尽量靠近各数据点，尤其是F(t)=50%60%附近附近的数据点更应靠近直线，且使各数据点交

18、错地位于直线两侧，且的数据点更应靠近直线，且使各数据点交错地位于直线两侧，且两侧数据点数目应大致相等。两侧数据点数目应大致相等。概率纸不仅可用于检测分布类型，还可以用于检测观察或试验的概率纸不仅可用于检测分布类型，还可以用于检测观察或试验的结果是否正常。结果是否正常。你现在浏览的是第十九页，共96页2、估计均值、估计均值 和标准差和标准差t0.5对应对应z=0，即，即在正态概率纸上由在正态概率纸上由F(t)轴的轴的50%刻度点处引水平线与分布直线刻度点处引水平线与分布直线相交，再由该点作相交，再由该点作t轴的垂线并与轴的垂线并与t轴交于对应于中位数轴交于对应于中位数t0.5的刻的刻度值，就可求

19、得均值的估计值度值，就可求得均值的估计值 由由将将z=1分别代入此式并通过标准正态分布表可查得分别代入此式并通过标准正态分布表可查得你现在浏览的是第二十页，共96页正态概率纸检验正态概率纸检验5.2.1 概率分布的检验概率分布的检验你现在浏览的是第二十一页，共96页5.2.1 概率分布的检验概率分布的检验你现在浏览的是第二十二页，共96页正态概率纸检验正态概率纸检验(均匀分布）均匀分布）5.2.1 概率分布的检验概率分布的检验你现在浏览的是第二十三页，共96页5.2.2 参数估计参数估计按样本观测值估计未知参数大致是某个值称为点估计，若按样本观测值估计未知参数大致是某个值称为点估计，若估计未知

20、参数在某个区间称为区间估计。估计未知参数在某个区间称为区间估计。点估计：矩法、最小二乘法、极大似然法等点估计：矩法、最小二乘法、极大似然法等矩法定义：矩法定义：若若X1，X2，X3Xn是总体是总体X的一个样本，则的一个样本，则称为称为k阶样本原点矩阶样本原点矩称为称为k阶样本中心矩阶样本中心矩你现在浏览的是第二十四页，共96页矩法例矩法例1：一批某牌号钢材，为了解其强度情况，随机抽取一批某牌号钢材，为了解其强度情况，随机抽取5根制成根制成5个试件，经抗拉试验测得强度限，分别为：个试件，经抗拉试验测得强度限，分别为：657，659，661，664，673MPa，求得其均值，求得其均值b根据这个结

21、果，我们估计这批钢材强度限的根据这个结果，我们估计这批钢材强度限的均值为均值为662.8MPa5.2.2 参数估计参数估计你现在浏览的是第二十五页，共96页矩法正态分布的参数估计：矩法正态分布的参数估计：使用矩法，若不能直接进行参数估计（如威布尔分布，可使用矩法，若不能直接进行参数估计（如威布尔分布，可以根据总体的各阶矩包含这些参数建立方程组，最后解得以根据总体的各阶矩包含这些参数建立方程组，最后解得估计的参数。估计的参数。5.2.2 参数估计参数估计你现在浏览的是第二十六页，共96页例例2：批某型号的滚动轴承寿命：批某型号的滚动轴承寿命 X N(,2)，、2为未知为未知参数。试用矩法求总体参

22、数。试用矩法求总体X的均值和方差的点估计值。的均值和方差的点估计值。解：解：由矩法的基本思想是用样本的各阶矩（或中心矩）去估计总体由矩法的基本思想是用样本的各阶矩（或中心矩）去估计总体的各阶矩（或中心矩），今随机地抽出的各阶矩（或中心矩），今随机地抽出9个轴承，测得寿命（个轴承，测得寿命（h）为：）为：4506，4359，4101，4950，4235，4455，4820，4406，4479。样本的一阶矩样本的一阶矩 可作为总体均值可作为总体均值的点估计，即的点估计，即你现在浏览的是第二十七页，共96页5.3 载荷的统计处理载荷的统计处理tFOFmax5.3.1 载荷的分类载荷的分类按按随随时时

23、间间变变化化静载荷静载荷变载荷变载荷稳定变稳定变化载荷化载荷规律性稳规律性稳非定载荷非定载荷随机载荷随机载荷FtOFtOFtO你现在浏览的是第二十八页，共96页5.3.2 随机载荷的统计分析方法随机载荷的统计分析方法随机载荷变化无规则，但从统计学上来说，服从一定的随机载荷变化无规则，但从统计学上来说，服从一定的分布规律。分布规律。随机载荷的统计分析方法有两种随机载荷的统计分析方法有两种平稳随机过程平稳随机过程各态遍历性各态遍历性功率谱法功率谱法循环计数法循环计数法你现在浏览的是第二十九页，共96页一、功率谱法一、功率谱法x(t)x(t,fm)|x(t,fm)|2由实测的载荷由实测的载荷-时间历

24、程计算功率谱密度的示意图时间历程计算功率谱密度的示意图 磁带机磁带机OAffmf窄带滤波器窄带滤波器Ox2x平方器平方器OU(t)t平均积分器平均积分器载荷历程在载荷历程在fm时所具有的功率谱密度时所具有的功率谱密度你现在浏览的是第三十页，共96页0载荷荷t时间载荷载荷-时间历程时间历程10-210-1101021功率谱密度曲线功率谱密度曲线频率频率/Hz4-5一台小型客车的功率谱密度曲线一台小型客车的功率谱密度曲线功率谱密度功率谱密度G(f)设置不同的设置不同的fm重复上述过程，可得整个频率范围内的功率谱密度曲线重复上述过程，可得整个频率范围内的功率谱密度曲线功率谱密度曲功率谱密度曲线可以从

25、幅值线可以从幅值和频率的变化和频率的变化两方面比较全两方面比较全面地描述随机面地描述随机载荷，但需专载荷，但需专门的分析设备。门的分析设备。你现在浏览的是第三十一页，共96页二、循环计数法二、循环计数法（1）将载荷）将载荷-时间历程离散成一系列的峰值和谷值，并根据不同的计时间历程离散成一系列的峰值和谷值，并根据不同的计数规则计算出峰值和幅值发生的频次和频率。数规则计算出峰值和幅值发生的频次和频率。（2）按照数理统计的方法确定峰值或幅值变化的概率密度和概）按照数理统计的方法确定峰值或幅值变化的概率密度和概率分布函数，为疲劳强度计算提供所需的载荷谱。率分布函数，为疲劳强度计算提供所需的载荷谱。特点

26、：特点：缺点：不能包括载荷随时间变化的全部信息，特别是载荷变化缺点：不能包括载荷随时间变化的全部信息，特别是载荷变化的频率和发生的先后次序，而这种次序对机械零部件的疲劳寿的频率和发生的先后次序，而这种次序对机械零部件的疲劳寿命有一定影响。命有一定影响。优点：考虑了产生疲劳损伤的主要因素，即载荷变化，比较优点：考虑了产生疲劳损伤的主要因素，即载荷变化，比较简单，故应用广泛；简单，故应用广泛；步骤：步骤：你现在浏览的是第三十二页，共96页常用的循环计数法常用的循环计数法1.峰值计数法峰值计数法载荷载荷0时间时间12345231123450载荷载荷频次频次对全部峰值和谷值进行计数对全部峰值和谷值进行

27、计数把载荷在最大和最低范围内分级（区间），计算每一级载荷区间内的峰把载荷在最大和最低范围内分级（区间），计算每一级载荷区间内的峰谷值所占有的频次。谷值所占有的频次。你现在浏览的是第三十三页，共96页若只对峰值计数，谷值不参与计数则称为正峰值计数法若只对峰值计数，谷值不参与计数则称为正峰值计数法若只对比较显著的峰值进行计数，则称为跨峰值计数法若只对比较显著的峰值进行计数，则称为跨峰值计数法若只对谷值计数，峰值不参与计数则称为负峰值计数法若只对谷值计数，峰值不参与计数则称为负峰值计数法被被计数的峰数的峰值均均值穿越点穿越点均均值载荷荷时间跨均峰跨均峰值计数法数法你现在浏览的是第三十四页，共96页2

28、.穿级计数法穿级计数法把载荷在最大和最低范围内划分若干级（区间），实际载荷穿把载荷在最大和最低范围内划分若干级（区间），实际载荷穿越这些载荷级时进行计数。越这些载荷级时进行计数。12345123454620载荷载荷频次频次8载荷载荷0时间时间4-8 穿级计数法穿级计数法你现在浏览的是第三十五页，共96页3.幅程计数法幅程计数法简单幅程计数法是把一个简单幅程计数法是把一个幅程幅程定义为相邻的峰值和谷值之间的差值，定义为相邻的峰值和谷值之间的差值，或是在一次循环中最大和最小载荷的差值。或是在一次循环中最大和最小载荷的差值。为记录载荷波动，该法得到一系列幅程值。为记录载荷波动，该法得到一系列幅程值。

29、第一个幅程值第一个幅程值r1=4-(-1)=5第二个幅程值第二个幅程值r2=4-1=3r3=2；r4=3；r5=4；r6=2；r7=1；r8=4；若载荷历程很长，可分级若载荷历程很长，可分级计数，并绘制频次直方图计数，并绘制频次直方图载荷载荷0时间时间1234-1幅程计数法幅程计数法r1r2r3r4r5r6r7r8你现在浏览的是第三十六页，共96页载荷载荷0时间时间1234-1幅程计数法幅程计数法r1r2r3r4r5r6r7r8有时把谷值到峰值的幅程记为有时把谷值到峰值的幅程记为正值，从峰值到谷值的幅程记正值，从峰值到谷值的幅程记为负值，正负值可分别计算频为负值，正负值可分别计算频次数。次数。

30、正幅程正幅程r1=5；r3=2；r5=4；r7=1；负幅程负幅程 r2=-3；r4=-3；r6=-2；r8=-4；你现在浏览的是第三十七页，共96页4.幅程对计数法幅程对计数法幅程对计数法是用正、负幅程配对的方法构成载荷的一个完整循环，幅程对计数法是用正、负幅程配对的方法构成载荷的一个完整循环，用来替代只计半循环的简单幅程计数法。用来替代只计半循环的简单幅程计数法。具体步骤是在计数过程中按幅值从小到大的原则逐个捡出全部具体步骤是在计数过程中按幅值从小到大的原则逐个捡出全部载荷循环，每检出一个载荷循环后，载荷历程将重新组合，直载荷循环，每检出一个载荷循环后，载荷历程将重新组合，直到历程中没有任何

31、幅程对构成的载荷循环为止到历程中没有任何幅程对构成的载荷循环为止对检出的这些载荷循环可分别计算它们的幅值，并按照划分的对检出的这些载荷循环可分别计算它们的幅值，并按照划分的载荷级别计算频次数。载荷级别计算频次数。你现在浏览的是第三十八页，共96页载荷载荷时间时间1234512345678973载荷载荷时间时间12345894载荷载荷时间时间124589载荷载荷时间时间4914-10 幅程对计数法幅程对计数法你现在浏览的是第三十九页，共96页5.雨流计数法雨流计数法雨流计数法简称雨流法。原理如下：雨流计数法简称雨流法。原理如下：取一垂直向下的纵坐标轴表示时间，横坐标轴表示载荷，这样载荷取一垂直向

32、下的纵坐标轴表示时间，横坐标轴表示载荷，这样载荷-时间时间历程像一座宝塔，雨点从峰值或谷值为起点向下流，根据雨流向下流动历程像一座宝塔，雨点从峰值或谷值为起点向下流，根据雨流向下流动的迹线来确定载荷循环。的迹线来确定载荷循环。1）雨流的起点依次在每一个峰值或谷值）雨流的起点依次在每一个峰值或谷值的内侧开始；的内侧开始；规则如下：规则如下：2）雨流在下一峰值或谷值处落下，如）雨流在下一峰值或谷值处落下，如遇到下一层有更大的峰值时则继续流下，遇到下一层有更大的峰值时则继续流下，如下一层峰值较小，雨水滴下，并统计如下一层峰值较小，雨水滴下，并统计一次。雨水不能各层流下。一次。雨水不能各层流下。0-a

33、-a-c载荷载荷0时间时间aacddefhigg3）雨水已经沿一条线路流下）雨水已经沿一条线路流下(如如0-a-a-c)，b则无论下层有无更大的峰或更深的谷，雨水不能继续下流，则无论下层有无更大的峰或更深的谷，雨水不能继续下流，而由该层滴下，并统计一次。而由该层滴下，并统计一次。a-b;d-e;g-h你现在浏览的是第四十页，共96页载荷载荷0时间时间aacddefhigg4-11 雨流计数法雨流计数法4）雨水下流时如遇到另一路流水，则）雨水下流时如遇到另一路流水，则应在相遇处中断并统计一次。应在相遇处中断并统计一次。b-a;e-d;h-g;全循环全循环 a-b-a;d-e-d;g-h-gb1）

34、雨流的起点依次在每一个峰值或）雨流的起点依次在每一个峰值或谷值的内侧开始；谷值的内侧开始；2）雨流在下一峰值或谷值处落下，如）雨流在下一峰值或谷值处落下，如遇到下一层有更大的峰值时则继续流遇到下一层有更大的峰值时则继续流下，如下一层峰值较小，雨水滴下，下，如下一层峰值较小，雨水滴下，并统计一次。雨水不能各层流下。并统计一次。雨水不能各层流下。0-a-a-c3）雨水已经沿一条线路流下）雨水已经沿一条线路流下(如如0-a-a-c)，则无论下层有无更大的峰或更深的谷，雨则无论下层有无更大的峰或更深的谷，雨水不能继续下流，而由该层滴下，并统计水不能继续下流，而由该层滴下，并统计一次。一次。a-b;d-

35、e半循环半循环 0-a-a-c;a-d-d-f;f-g-g-i你现在浏览的是第四十一页，共96页一个载荷一个载荷-时间历程取出全部全循环后，剩下的半循环重新组成一个时间历程取出全部全循环后，剩下的半循环重新组成一个新的历程，形如新的历程，形如Ox(t)a1aianbnb1bia）标准型发散）标准型发散-收敛谱收敛谱tOta1aianbnb1bia1x(t)b）标准型收敛）标准型收敛-发散谱发散谱按该法无法在找出全循环进行计数，需要进行改造；按该法无法在找出全循环进行计数，需要进行改造；改造方法，在峰值最高点或谷值最低点截成两段，将左段起点与右改造方法，在峰值最高点或谷值最低点截成两段，将左段起

36、点与右段终点相连构成收敛发散谱，再用雨流法计数。段终点相连构成收敛发散谱，再用雨流法计数。你现在浏览的是第四十二页，共96页c0Ftbca）增加载荷幅）增加载荷幅bc0Ftbdcc）减去载荷幅）减去载荷幅dc0Ftbdb）以载荷幅）以载荷幅bd代替代替bc若剩余的半循环组成的波形不是标准发散若剩余的半循环组成的波形不是标准发散-收敛谱，可采用增减幅值的方收敛谱，可采用增减幅值的方法改造，载荷历程反复次数较多时误差可忽略。法改造，载荷历程反复次数较多时误差可忽略。你现在浏览的是第四十三页，共96页三、统计方法选择三、统计方法选择对同一载荷对同一载荷-时间历程，采用不同的计数方法统计，结果是不一样

37、的。时间历程，采用不同的计数方法统计，结果是不一样的。检验计数方法的标准是检验计数方法的标准是使用计数结果对机械零部件进行疲劳使用计数结果对机械零部件进行疲劳寿命计算或疲劳试验时，应与实际寿命接近寿命计算或疲劳试验时，应与实际寿命接近。国内外普遍认为国内外普遍认为雨流法雨流法能较好的反映出疲劳损伤的规律，与能较好的反映出疲劳损伤的规律，与材料的应力材料的应力-应变行为相符。其他计数法只有在与雨流计数法应变行为相符。其他计数法只有在与雨流计数法结果相近时才优先选用结果相近时才优先选用峰值法和穿级计数法比较简单易行，幅程对计数法与雨流法峰值法和穿级计数法比较简单易行，幅程对计数法与雨流法结果相近，

38、但耗时较长。结果相近，但耗时较长。你现在浏览的是第四十四页，共96页四、载荷谱四、载荷谱表示随机载荷的大小与其出现频次关系的图形、数字、表格和矩表示随机载荷的大小与其出现频次关系的图形、数字、表格和矩阵等称为阵等称为载荷谱载荷谱。载荷载荷-时间历程经上述统计后，可得出载荷的大小与其出现频次的时间历程经上述统计后，可得出载荷的大小与其出现频次的关系。关系。利用各种典型工况下的载荷利用各种典型工况下的载荷-时间历程统计分析得到的载荷谱为时间历程统计分析得到的载荷谱为工作工作载荷谱。载荷谱。据此可编制模拟试验用的据此可编制模拟试验用的加载谱。加载谱。常用的载荷谱为图线形式，常用的载荷谱为图线形式，可

39、以用阶梯曲线来近似，可以用阶梯曲线来近似，称为称为程序载荷谱程序载荷谱。51234678FN1102104106你现在浏览的是第四十五页，共96页5.4 应力和强度分布及其分布参数的确定应力和强度分布及其分布参数的确定5.4.1 应力分布和分布参数的确定应力分布和分布参数的确定s=f(F,A,p,t,e)零件断面上的工作应力通常取决于载荷大小、作用位置和时间，零件断面上的工作应力通常取决于载荷大小、作用位置和时间，断面的几何尺寸或特征，材料的物理性质，工作条件等因素。可断面的几何尺寸或特征，材料的物理性质，工作条件等因素。可用一多元函数来表示用一多元函数来表示 F为载荷，如力、弯矩、扭矩等；为

40、载荷，如力、弯矩、扭矩等；A为断面的几何尺寸大小或特为断面的几何尺寸大小或特征，如面积、抗弯模量抗扭模量等；征，如面积、抗弯模量抗扭模量等；p为材料的物理性质，为材料的物理性质，t为载荷为载荷作用时间或循环次数；作用时间或循环次数；e为环境、温度及其它影响因素。为环境、温度及其它影响因素。传统设计中这些因素被看作确定量，而在机械可靠性设计中则传统设计中这些因素被看作确定量，而在机械可靠性设计中则处理成随机变量。处理成随机变量。计算零件的工作应力和确定应力的分布及分布参数需要有力学、材计算零件的工作应力和确定应力的分布及分布参数需要有力学、材料、机械设计、概率论、数理统计及试验技术等多方面的知识

41、和方法料、机械设计、概率论、数理统计及试验技术等多方面的知识和方法你现在浏览的是第四十六页，共96页确定零件的应力分布及分布参数的步骤确定零件的应力分布及分布参数的步骤:(1)明确零件的功能、尺寸、材料、载荷、工作环境及加工方法；明确零件的功能、尺寸、材料、载荷、工作环境及加工方法；(2)确定所有重要的失效模式，并据此确定适当的失效判据；确定所有重要的失效模式，并据此确定适当的失效判据；(3)若零件的主要失效模式是由复合应力引起的，则作应力分析，若零件的主要失效模式是由复合应力引起的，则作应力分析，确定最有可能导致零件失效的点的位置；确定最有可能导致零件失效的点的位置；(4)计算零件在这些位置

42、上的名义应力分量值；计算零件在这些位置上的名义应力分量值；(5)采用适当的应力修正系数，确定各应力分量的最大值；采用适当的应力修正系数，确定各应力分量的最大值；(6)根据失效判据，将上述的应力分量综合为复合应力，复合应力根据失效判据，将上述的应力分量综合为复合应力，复合应力最大的部位，就是零件失效概率最大的部位；最大的部位，就是零件失效概率最大的部位；(7)确定各名义应力、应力修正系数和设计参数的分布；确定各名义应力、应力修正系数和设计参数的分布；(8)把上述这些分布综合成为应力分布。方法：代数法、矩法以及把上述这些分布综合成为应力分布。方法：代数法、矩法以及蒙特卡罗法等；蒙特卡罗法等；(9)

43、对每一种重要的失效模式，从复上述步骤。对每一种重要的失效模式，从复上述步骤。你现在浏览的是第四十七页，共96页tOmax应力的分类应力的分类按按随随时时间间变变化化静应力静应力变应力变应力稳定变稳定变化应力化应力规律性稳规律性稳非定应力非定应力随机应力随机应力tOtOtO你现在浏览的是第四十八页，共96页应力循环的定义：应力循环的定义：根据一个应力循环的最小应力和最大应力的比值大小，根据一个应力循环的最小应力和最大应力的比值大小，又可分为非对称循环变应力，脉动循环变应力和对称循环变又可分为非对称循环变应力，脉动循环变应力和对称循环变应力。最小应力和最大应力的比值称为应力的循环特性，即应力。最小

44、应力和最大应力的比值称为应力的循环特性，即:故变的应力状态用故变的应力状态用r表示。当表示。当r=0，即为脉动循环变应，即为脉动循环变应力力0，当，当r=-1，即为对称循环变应力，即为对称循环变应力-1，静应力也可视，静应力也可视为变应力的特例，这时为变应力的特例，这时r=+1,故也可写为故也可写为+1。你现在浏览的是第四十九页，共96页应力循环类型应力循环类型tOmaxtOmax minamammax0t0ta=maxa静应力静应力 r=+1b非对称循环变应力非对称循环变应力c脉动循环变应力脉动循环变应力 r=0d对称循环变应力对称循环变应力 r=-1你现在浏览的是第五十页，共96页变应力计

45、算中常用到平均应力变应力计算中常用到平均应力 m，和应力幅，和应力幅a,你现在浏览的是第五十一页，共96页5.4.2 强度分布和分布参数的确定强度分布和分布参数的确定确定强度分布的步骤：确定强度分布的步骤：一、一、确定强度判据确定强度判据 强度视材料而异，而材料随时代发展而不断更新。在早期，强度视材料而异，而材料随时代发展而不断更新。在早期，材料主要是砖、石和铸铁等脆性材料，由于观察到它们的破坏材料主要是砖、石和铸铁等脆性材料，由于观察到它们的破坏多为脆性断裂，从而提出了关于断裂的强度理论，这类理论主多为脆性断裂，从而提出了关于断裂的强度理论，这类理论主要包括要包括最大拉应力理论最大拉应力理论

46、和和最大伸长线应变理论最大伸长线应变理论。四个常用的强度理论四个常用的强度理论上述诸理论就是在常温、静载条件下常用的四个强度理论。上述诸理论就是在常温、静载条件下常用的四个强度理论。随着历史的发展，工程中逐渐推广使用低碳钢等塑性材料，人随着历史的发展，工程中逐渐推广使用低碳钢等塑性材料，人们对材料发生塑性变形的物理本质也有了较多的认识，从而提们对材料发生塑性变形的物理本质也有了较多的认识，从而提出了以屈服或显著塑性变形破坏为标志的强度理论，这类理论出了以屈服或显著塑性变形破坏为标志的强度理论，这类理论主要包括主要包括最大剪应力理论最大剪应力理论和和形状改变比能理论形状改变比能理论。你现在浏览的

47、是第五十二页，共96页1 1第一强度理论第一强度理论(最大拉应力理论最大拉应力理论)这一理论认为最大拉应力是引起材料脆性断裂破坏这一理论认为最大拉应力是引起材料脆性断裂破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要最大拉应力只要最大拉应力1达到材料在单向拉伸时断裂破坏的极达到材料在单向拉伸时断裂破坏的极限应力限应力B，就会发生脆断破坏。因此，材料发生脆断破坏，就会发生脆断破坏。因此，材料发生脆断破坏的条件是的条件是:你现在浏览的是第五十三页，共96页 这一理论认为最大伸长线应变是引起材料脆性断这一理论认为最大伸长线应变是引起材料脆性断裂

48、破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应裂破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要最大伸长线应变达到材料在单向拉伸时力状态，只要最大伸长线应变达到材料在单向拉伸时断裂破坏的极限伸长线应变，就会发生脆性断裂破坏。断裂破坏的极限伸长线应变，就会发生脆性断裂破坏。2 2第二强度理论第二强度理论(最大伸长线应变理论最大伸长线应变理论)第二强度理论建立的强度条件为第二强度理论建立的强度条件为:你现在浏览的是第五十四页，共96页3 3第三强度理论第三强度理论(最大剪应力理论最大剪应力理论)该理论认为最大剪应力是引起材料塑性流动破坏该理论认为最大剪应力是引起材料塑性流动破坏的主要因素，即

49、不论材料处于简单还是复杂应力状态，的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要构件危险点处的最大剪应力达到材料在单向拉伸只要构件危险点处的最大剪应力达到材料在单向拉伸屈服时的极限剪应力，就会发生塑性流动破坏。因此，屈服时的极限剪应力，就会发生塑性流动破坏。因此，材料发生塑性流动破坏的条件是：材料发生塑性流动破坏的条件是：由于由于你现在浏览的是第五十五页，共96页4 4第四强度理论第四强度理论(形状改变比能理论形状改变比能理论)该理论认为形状改变比能是引起材料塑性流动破坏该理论认为形状改变比能是引起材料塑性流动破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，的主要因素，即不论材料处于

50、简单还是复杂应力状态，只要构件危险点处的形状改变比能达到材料在单向拉伸只要构件危险点处的形状改变比能达到材料在单向拉伸屈服时的形状改变比能，就会发生塑性流动破坏。屈服时的形状改变比能，就会发生塑性流动破坏。第四强度理论建立的强度条件为：第四强度理论建立的强度条件为：你现在浏览的是第五十六页，共96页5 5强度理论的选用强度理论的选用r4在塑性力学被广泛采用，称为在塑性力学被广泛采用，称为Von misses 应力应力 将前面四个强度理论综合起来，它们的强度条件可以写将前面四个强度理论综合起来，它们的强度条件可以写成如下的统一形式：成如下的统一形式：r 式中，式中，r 称为称为等效应力等效应力(