疲劳强度与可靠性设计

第1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

1.1.1 疲劳失效及其特点

1.1.2 机械零部件常见疲劳失效形式

1.1.3 疲劳设计准则

1.1.3.1 名义应力准则

1.1.3.2 局部应力应变准则

1.1.3.3 损伤容限设计准则

1.1.3.4 多轴疲劳准则

1.2 疲劳载荷

1.2.1 循环应力

1.2.2 循环计数法

1.2.3 载荷谱编制

1.2.3.1 累积频数曲线

1.2.3.2 载荷谱编制

1.2.3.3 应用举例

1.3 材料疲劳性能

1.4 疲劳损伤累积效应与法则

1.4.1 线性疲劳累积损伤（Miner）法则

1.4.2 相对Miner法则

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

2.1.1 应力分布及材料对应力集中的敏感性

2.1.2 理论应力集中系数

2.1.2.1 带台肩圆角的机械零件的理论应力集中系数

2.1.2.2 带沟槽的机械零件的理论应力集中系数

2.1.2.3 开孔的机械零件的理论应力集中系数

2.1.2.4 其他典型零件的理论应力集中系数

2.1.3 有效应力集中系数

2.1.3.1 带台肩圆角的机械零件的有效应力集中系数

2.1.3.2 带沟槽的机械零件的有效应力集中系数

2.1.3.3 开孔的机械零件的有效应力集中系数

2.1.3.4 其他常用零件的有效应力集中系数

2.2 尺寸效应

2.3 表面状态效应

2.3.1 表面精度影响

2.3.2 表面强化效应

2.4 载荷影响

2.4.1 载荷类型影响

2.4.2 载荷频率影响

2.4.3 平均应力影响

2.5 环境因素

2.5.1 腐蚀环境

2.5.1.1 载荷频率的影响

2.5.1.2 腐蚀方式的影响

2.5.1.3 腐蚀介质的影响

2.5.1.4 结构尺寸与形状的影响

2.5.2 温度的影响

2.5.2.1 低温的影响

2.5.2.2 高温的影响

2.6 提高零件疲劳强度的方法

2.6.1 合理选材

2.6.2 材料改性

2.6.3 改进结构

2.6.4 表面强化

2.6.4.1 表面喷丸

2.6.4.2 表面辊压

2.6.4.3 内孔挤压

2.6.4.4 表面化学热处理

2.6.4.5 表面淬火

2.6.4.6 表面激光处理

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

3.1.1 材料疲劳极限

3.1.2 材料的SN曲线

3.1.3 疲劳安全系数

3.2 无限寿命设计

3.2.1 单向应力状态下的无限寿命设计

3.2.1.1 计算公式

3.2.1.2 设计实例

3.2.2 复杂应力状态下的无限寿命设计

3.2.3 连接件的疲劳寿命估算——应力严重系数法

3.3 有限寿命设计

3.3.1 计算公式

3.3.2 寿命估算

3.3.3 设计实例

第4章 低周疲劳强度设计方法

4.1 材料低周疲劳性能

4.2 循环应力应变曲线

4.2.1 滞回线

4.2.2 循环硬化与循环软化

4.2.3 循环应力应变曲线

4.3 应变寿命曲线

4.3.1 应变寿命方程

4.3.2 四点法求应变寿命曲线

4.3.3 通用斜率法

4.4 低周疲劳的寿命估算

4.4.1 直接法

4.4.2 裂纹形成寿命估算方法

4.4.2.1 局部应力应变分析

4.4.2.2 裂纹形成寿命估算方法

4.4.2.3 设计实例

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

5.1.1 应力强度因子

5.1.2 断裂韧度

5.2 裂纹扩展特性与裂纹扩展速率

5.2.1 裂纹扩展过程

5.2.2 裂纹扩展门槛值ΔKth

5.2.3 裂纹扩展速率da／dN

5.3 疲劳裂纹扩展寿命估算方法

5.4 算例

5.5 损伤容限设计

5.5.1 损伤容限设计概念

5.5.2 损伤容限设计的内容

5.5.2.1 确定关键件

5.5.2.2 材料选择

5.5.2.3 结构细节设计的控制

5.5.3 结构设计

5.5.4 缺陷假设

5.5.4.1 初始裂纹尺寸

5.5.4.2 连续损伤假设

5.5.4.3 剩余结构损伤

5.5.4.4 使用中检查后损伤假设

5.5.5 剩余强度

5.5.5.1 剩余强度概念

5.5.5.2 多途径传力结构剩余强度曲线

5.5.6 损伤检查

5.5.6.1 可检查度

5.5.6.2 检查能力评估方法

5.5.6.3 检查间隔

第6章 疲劳实验与数据处理

6.1 疲劳试验机

6.1.1 疲劳试验机的种类

6.1.2 疲劳试验加载方式

6.1.3 疲劳试验控制方式

6.1.4 疲劳试验数据采集

6.2 疲劳试样及其制备

6.2.1 试样

6.2.1.1 光滑试样

6.2.1.2 缺口试验

6.2.1.3 低周疲劳试样

6.2.1.4 疲劳裂纹扩展试样

6.2.2 试样制备

6.2.2.1 取样

6.2.2.2 机械加工

6.2.2.3 热处理

6.2.2.4 测量、探伤与储存

6.3 疲劳试验方法

6.3.1 SN曲线试验

6.3.1.1 单点试验法

6.3.1.2 成组试验法

6.3.2 疲劳极限试验

6.3.3 εN曲线试验

6.3.4 应力应变曲线试验

6.3.5 裂纹扩展速率（da/dN曲线）试验

6.3.6 断裂韧性试验

6.4 疲劳试验数据处理

6.4.1 可疑观测值的取舍

6.4.2 SN曲线拟合

6.4.3 εN曲线拟合

6.4.4 应力应变曲线拟合

6.4.5 da/dN曲线拟合

6.4.6 断裂韧性试验数据处理

参考文献

《现代机械设计手册·单行本：疲劳强度与可靠性设计》主要介绍了机械零部件疲劳强度与寿命、疲劳失效影响因素与提高疲劳强度的措施、高周疲劳强度设计方法、低周疲劳强度设计方法、裂纹扩展寿命估算方法、疲劳试验与数据处理；机械失效与可靠性、可靠性设计流程、可靠性数据及其统计分布、故障模式及危害度分析、故障树分析、机械系统可靠性设计、机构可靠性设计、零件静强度可靠性设计、零部件动强度可靠性设计、可靠性评价、可靠性试验与数据处理等。
　　《现代机械设计手册·单行本：疲劳强度与可靠性设计》可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校有关专业师生参考。