如果在实验室或不计成本,那么可以使用各种方法对结构进行疲劳定量分析。
但对于实际工程,由于时间和金钱的限制,往往很难开展结构疲劳定量分析。更常见的做法是:先定性判断,然后再试试看。
当遇到产品的疲劳问题,我们有两种处理思路:
1)不计时间成本和金钱成本把问题定量化研究清楚,彻底解决这类问题。理论上这个思路很棒。现实是公司不给您这个时间,也不给您这个预算。
2)根据经验和基本认知,先定性的判断问题,然后采取低成本的方案先试一试,能解决问题即可,解决不了就换个方案试一试。理论上这个思路不能保证成功率,也不能根治问题,但现实中更管用也更常用。
如果你偏学术,你一定倾向第一种思路。如果你偏工程,你一定倾向第二种思路。
我的理解,两种思路都有价值。第一种思路解决的是长远的问题,第二种思路解决的是眼前的问题。
做工程在乎眼前的问题,做学术关注长远的问题。
市场上介绍疲劳的书多如牛毛,但我首推赵工的《抗疲劳设计手册》作为兄弟们的疲劳入门必备。
因为我的兄弟主要是工程人。这本书偏工程,偏实用。赵工本人是郑州机械研究所的教授级高级工程师,底色应该是工程人。
本书的第14章,也是最后一章,我认为必读,是低成本解决产品疲劳问题的黄金指南。
1)材料
低周疲劳时,应选择塑性好的材料;高周疲劳时,应选择强度高的材料;寿命介于高低周疲劳之间时,应兼顾强度和塑性,选择韧性好的材料。
另外在材料纯度、晶粒度、晶粒取向等因素也会影响疲劳强度。这方面属于材料范畴,咱们结构工程师不一定能很好的干预。
总体而言,从材料角度提高疲劳强度,空间不大。
2)工艺
降低表面粗糙度,尽量避免擦伤和划痕;采用适当的热处理工艺;采用适当的表面强化工艺(喷丸、滚压、渗氮、渗碳、淬火等)。
总体而言,从工艺角度提高疲劳强度,有一定空间。
3)结构
疲劳强度与其危险截面的应力值密切相关,因此,降低危险截面的应力集中,可以提高疲劳强度。
具体建议有:适当加大危险截面尺寸;避免尖角和适当加大过渡圆角半径;设卸载孔、卸载沟或卸载槽,改进应力流线,以降低应力集中;将微动磨损与应力集中分离开来等。
总体而言,从结构角度提高疲劳强度,空间很大。
4)防护
疲劳破坏一般都自表面起始,而表面与外界环境接触,其疲劳强度受外界环境影响。因此,采用一定的表面防护方法,使表面与有害的外界环境隔离,可以提高其疲劳强度。
总体而言,从防护角度提高疲劳强度,有一定空间。
5)使用
为了提高使用寿命,必须按操作规程进行操作,并尽可能避免不必要的起停和载荷波动,以降低其交变应力。
总体而言,从使用角度提高疲劳强度,空间较大。
6)检测
为了提高使用寿命,必须进行定期检修,以便及时发现问题,采取有效措施,防止长期在不正常的工况下运行,而加速其受力件的疲劳破坏和磨损失效。
总体而言,从检测角度提高疲劳强度,有一定空间。