疲劳分析的数值计算方法 及实例 第一节 引 言 零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。这种现象称为疲劳破坏。疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重 视 。疲劳强度设计及其研 究 正 在成为我国高速机车车辆设计制 造中 的一项 不可缺 少 的和重 要的工 作。 金属疲劳的研 究 已 有近150 年的历 史 ，有相 当 多 的学 者 和工 程 技 术 人员 进 行 了 大量的研究 ，得 到了 许多 关 于金属疲劳损伤 和断裂的理论 及有关 经验 技 术 。但 是 由于疲劳破坏的影 响因素 多 而复杂 并且 这些 因素 互 相 影 响 又与构件的实际 情况密 切 相 关 ，使 得 其应用性成果尚远远 不能满 足 工 程 设计和生产应用的需 要。据 统 计，至 今 有约90%的机械 零部件的断裂破坏仍然是 由直 接 于疲劳或者 间 接 疲劳而引起的。因此，在21 世 纪 的今 天 ，尤 其是 在高速和大功率化的新 产品 的开 发制 造中 ，其疲劳强度或疲劳寿 命 的设计十 分重 要，并且 往往需 要同时进 行相 应的试 验 研 究 和试 验 验 证 。 疲劳断裂是 因为在零件或构件表 层 上 的高应力或强度比 较 低 弱 的部位区 域 产生疲劳裂纹，并进 一步 扩展而造成的。这些 危 险 部位小 到几个 毫 米 甚 至 几十 个 微 米 的范 围 ，零件或构件的几何 缺 口 根 部、表 面 缺 陷 、切 削 刀 痕 、碰 磕 伤 痕 及材 料 的内 部缺 陷 等往往是 这种危 险 部位。因此，提高构件疲劳强度的基 本 途 径 主 要有两 种。一种是 机械 设计的方法，主 要有优 化或改 善 缺 口 形状 ，改 进 加 工 工 艺 工 程 和质 量等手 段 将 危 险 点 的峰 值应力降 下来； 另 ...
