現代機械設計手冊：單行本疲勞強度可靠性設計（第二版）

第28篇  疲勞強度設計
第1章機械零部件疲勞強度與壽命
1.1零部件疲勞失效與疲勞壽命28-3
1.1.1疲勞失效及其特點28-3
1.1.2機械零部件常見疲勞失效形式28-3
1.1.3疲勞設計準則28-3
1.1.3.1名義應力準則28-3
1.1.3.2局部應力應變準則28-4
1.1.3.3損傷容限設計準則28-4
1.1.3.4多軸疲勞準則28-4
1.2疲勞載荷28-4
1.2.1迴圈應力28-4
1.2.2迴圈計數法28-5
1.2.3載荷譜編制28-6
1.2.3.1累積頻數曲線28-7
1.2.3.2載荷譜編制28-7
1.2.3.3應用舉例28-8
1.3材料疲勞性能28-8
1.4疲勞損傷累積效應與法則28-9
1.4.1線性疲勞累積損傷（Miner）法則28-9
1.4.2相對Miner法則28-10
1.5平均應力修正28-10
第2章疲勞失效影響因素與提高疲勞強度的措施
2.1應力集中效應28-11
2.1.1應力分佈及材料對應力集中的敏感性28-11
2.1.2理論應力集中係數28-11
2.1.3有效應力集中係數28-12
2.1.3.1帶台肩圓角的機械零件的有效應力集中係數28-12
2.1.3.2帶溝槽的機械零件的有效應力集中係數28-14
2.1.3.3開孔的機械零件的有效應力集中係數28-17
2.1.3.4其他常用零件的有效應力集中係數28-18
2.2尺寸效應28-22
2.3表面狀態效應28-24
2.3.1表面精度影響28-24
2.3.2表面強化效應28-24
2.4載荷影響28-26
2.4.1載荷類型影響28-26
2.4.2載荷頻率影響28-26
2.4.3平均應力影響28-27
2.5環境因素28-29
2.5.1腐蝕環境28-29
2.5.1.1載荷頻率的影響28-29
2.5.1.2腐蝕方式的影響28-30
2.5.1.3腐蝕介質的影響28-30
2.5.1.4結構尺寸與形狀的影響28-30
2.5.2溫度的影響28-32
2.5.2.1低溫的影響28-32
2.5.2.2高溫的影響28-33
2.6提高零件疲勞強度的方法28-43
2.6.1合理選材28-43
2.6.2材料改性28-43
2.6.3改進結構28-43
2.6.4表面強化28-45
2.6.4.1表面噴丸28-45
2.6.4.2表面輥壓28-46
2.6.4.3內孔擠壓28-48
2.6.4.4表面化學熱處理28-48
2.6.4.5表面淬火28-51
2.6.4.6表面鐳射處理28-51
第3章高周疲勞強度設計方法
3.1材料的常規疲勞性能資料28-53
3.1.1材料疲勞極限28-53
3.1.2材料的S-N曲線28-60
3.1.3疲勞安全係數28-74
3.2無限壽命設計28-77
3.2.1單向應力狀態下的無限壽命設計28-77
3.2.1.1計算公式28-77
3.2.1.2設計實例28-78
3.2.2複雜應力狀態下的無限壽命設計28-79
3.2.3連接件的疲勞壽命估算——應力嚴重係數法28-79
3.3有限壽命設計28-81
3.3.1計算公式28-81
3.3.2壽命估算28-81
3.3.3設計實例28-81
3.4頻域疲勞壽命分析方法28-82
3.4.1隨機過程基本理論28-82
3.4.1.1信號傅裡葉變換28-82
3.4.1.2信號採樣定理28-83
3.4.1.3平穩隨機過程28-83
3.4.1.4平穩隨機過程譜參數28-84
3.4.2頻域疲勞壽命分析方法28-84
3.4.2.1窄帶隨機載荷疲勞壽命分析28-84
3.4.2.2寬頻隨機載荷疲勞壽命分析28-84
3.4.3算例28-84
第4章低周疲勞強度設計方法
4.1材料低周疲勞性能28-86
4.2迴圈應力-應變曲線28-88
4.2.1滯回線28-88
4.2.2迴圈硬化與迴圈軟化28-89
4.2.3迴圈應力-應變曲線28-89
4.3應變-壽命曲線28-92
4.3.1應變-壽命方程28-92
4.3.2四點法求應變-壽命曲線28-94
4.3.3通用斜率法28-95
4.4低周疲勞的壽命估算28-95
4.4.1直接法28-95
4.4.2裂紋形成壽命估算方法28-96
4.4.2.1局部應力-應變分析28-97
4.4.2.2裂紋形成壽命估算方法28-99
4.4.2.3設計實例28-100
第5章裂紋擴展壽命估算方法
5.1應力強度因數與斷裂韌性28-103
5.1.1應力強度因數28-103
5.1.2斷裂韌度28-103
5.2裂紋擴展特性與裂紋擴展速率28-112
5.2.1裂紋擴展過程28-112
5.2.2裂紋擴展門檻值ΔKth28-113
5.2.3裂紋擴展速率da／dN28-115
5.3疲勞裂紋擴展壽命估算方法28-126
5.4算例28-126
5.5損傷容限設計28-127
5.5.1損傷容限設計概念28-127
5.5.2損傷容限設計的內容28-128
5.5.2.1確定關鍵件28-128
5.5.2.2材料選擇28-128
5.5.2.3結構細節設計的控制28-129
5.5.3結構設計28-129
5.5.4缺陷假設28-130
5.5.4.1初始裂紋尺寸28-130
5.5.4.2連續損傷假設28-130
5.5.4.3剩餘結構損傷28-131
5.5.4.4使用中檢查後損傷假設28-131
5.5.5剩餘強度28-131
5.5.5.1剩餘強度概念28-131
5.5.5.2多途徑傳力結構剩餘強度曲線28-132
5.5.6損傷檢查28-134
5.5.6.1可檢查度28-135
5.5.6.2檢查能力評估方法28-135
5.5.6.3檢查間隔28-137
第6章疲勞試驗與資料處理
6.1疲勞試驗機28-140
6.1.1疲勞試驗機的種類28-140
6.1.2疲勞試驗載入方式28-140
6.1.3疲勞試驗控制方式28-140
6.1.4疲勞試驗資料獲取28-141
6.2疲勞試樣及其製備28-141
6.2.1試樣28-141
6.2.1.1光滑試樣28-141
6.2.1.2缺口試驗28-142
6.2.1.3低周疲勞試樣28-142
6.2.1.4疲勞裂紋擴展試樣28-143
6.2.2試樣製備28-144
6.2.2.1取樣28-144
6.2.2.2機械加工28-145
6.2.2.3熱處理28-146
6.2.2.4測量、探傷與儲存28-146
6.3疲勞試驗方法28-146
6.3.1S-N曲線試驗28-146
6.3.1.1單點試驗法28-146
6.3.1.2成組試驗法28-147
6.3.2疲勞極限試驗28-148
6.3.3ε-N曲線試驗28-149
6.3.4應力-應變曲線試驗28-150
6.3.5裂紋擴展速率（da/dN曲線）試驗28-151
6.3.6斷裂韌性試驗28-151
6.4疲勞試驗資料處理28-152
6.4.1可疑觀測值的取捨28-152
6.4.2S-N曲線擬合28-153
6.4.3ε-N曲線擬合28-154
6.4.4應力-應變曲線擬合28-155
6.4.5da/dN曲線擬合28-155
6.4.6斷裂韌性試驗資料處理28-157
參考文獻28-159

第29篇  可靠性設計
第1章機械失效與可靠性
1.1機械零部件的典型失效形式29-3
1.1.1靜載失效29-3
1.1.2疲勞失效29-3
1.1.3腐蝕失效29-3
1.1.4磨損失效29-3
1.1.5衝擊失效29-4
1.1.6振動失效29-4
1.2可靠性及其指標29-4
1.2.1產品品質29-4
1.2.2產品的可靠性29-4
1.2.3產品可靠性與全壽命週期費用29-4
1.2.4壽命均值與方差29-5
1.2.5平均無故障工作時間29-5
1.2.6產品壽命分佈與可靠度29-6
1.2.7失效率29-6
1.2.8可靠壽命與特徵壽命29-8
1.2.9維修度29-8
1.2.10有效度29-8
第2章可靠性設計流程
2.1可靠性目標及其分解29-9
2.2可靠性設計流程29-9
2.3各設計階段的可靠性內容29-10
2.3.1方案設計階段29-10
2.3.2系統設計階段29-10
2.3.3詳細設計階段29-11
2.3.4設計評審階段29-11
第3章可靠性資料及其統計分佈
3.1可靠性資料獲取29-12
3.1.1可靠性設計與評估資料要求29-12
3.1.2可靠性資料來源及採集29-12
3.2可靠性資料統計的內容及方法29-12
3.2.1可靠性資料統計內容29-12
3.2.2可靠性資料統計流程29-13
3.3載荷分佈與強度分佈29-13
3.3.1正態分佈29-13
3.3.2極值分佈29-14
3.3.3次序統計量及其分佈29-15
3.4載荷作用次數分佈及故障次數分佈29-15
3.4.1二項分佈29-15
3.4.2泊松(Poisson)分佈29-15
3.5壽命分佈29-16
3.5.1指數分佈29-16
3.5.2威布林(Weibull)分佈29-16
3.5.3對數正態分佈29-17
第4章故障模式、影響及危害度分析
4.1基本概念與方法步驟29-19
4.1.1基本概念29-19
4.1.2FMECA的層次與分析過程29-19
4.1.3FMECA的實施步驟29-20
4.2危害度分析29-21
4.2.1風險優先數29-21
4.2.2危害度矩陣圖29-22
4.2.3綜合評分法29-22
4.3FMECA應用示例29-23
第5章故障樹分析
5.1基本概念與基本符號29-33
5.1.1故障樹基本概念29-33
5.1.2故障樹基本符號29-34
5.1.3割集與路集29-35
5.2故障樹建樹與分析方法29-35
5.2.1建立故障樹的方法與步驟29-35
5.2.2故障樹定性分析29-36
5.2.3故障樹定量分析29-37
5.3故障樹分析實例29-39
第6章機械系統可靠性設計
6.1系統可靠性設計內容29-46
6.2系統可靠性模型29-46
6.2.1串聯系統可靠性模型29-46
6.2.1.1傳統模型29-46
6.2.1.2精確模型29-47
6.2.2並聯系統可靠性模型29-47
6.2.2.1傳統模型29-47
6.2.2.2精確模型29-48
6.2.3串-並聯系統可靠性模型29-48
6.2.4並-串聯系統可靠性模型29-48
6.2.5表決系統可靠性模型29-48
6.3可靠性分配29-49
6.3.1等分配法29-49
6.3.2再分配法29-49
6.3.3比例分配法29-50
6.3.4綜合評分分配法29-51
6.3.5動態規劃分配法29-52
6.3.5.1串聯系統29-52
6.3.5.2並聯系統29-53
6.4可靠性預測實例29-53
第7章機構可靠性設計
7.1機構可靠性模型及評價指標29-56
7.1.1機構可靠性建模方法29-56
7.1.2機構工作過程分解29-56
7.1.3機構功能可靠性29-57
7.2曲柄滑塊機構運動可靠性29-57
7.2.1機構運動誤差29-57
7.2.2理想狀態下機構運動關係29-58
7.2.3機構可靠性模型29-58
7.2.3.1考慮尺寸誤差的計算模型29-58
7.2.3.2考慮運動副間隙誤差的計算模型29-60
第8章零件靜強度可靠性設計
8.1基本原理29-62
8.1.1安全係數與可靠性參數29-62
8.1.2可靠性設計計算基本原理29-62
8.2應力分佈和強度分佈影響因素29-64
8.2.1載荷29-64
8.2.2材料性能29-64
8.2.3製造工藝29-64
8.2.4幾何形狀及尺寸29-64
8.3隨機變數函數均值和標準差計算方法29-64
8.3.1計算分佈參數的矩方法29-64
8.3.2常用隨機變數函數均值與標準差公式29-65
8.4零件可靠度計算的應力-強度干涉模型29-65
8.4.1應力-強度干涉模型29-65
8.4.2載荷多次作用下的可靠性模型29-66
8.5靜強度可靠性設計29-67
8.5.1零件靜強度可靠性設計的主要內容與步驟29-67
8.5.2靜強度可靠性設計舉例29-68
8.6斷裂可靠性設計29-68
8.6.1斷裂力學的基本概念29-68
8.6.2斷裂可靠性設計29-69
8.7可靠性設計計算的蒙特卡羅法29-70
8.7.1蒙特卡羅法求解可靠度的原理29-70
8.7.2亂數的產生29-70
8.7.3隨機變數抽樣方法29-70
8.7.4應用舉例——發動機輪盤可靠性模擬29-70
8.8典型機械零件可靠性設計舉例29-71
8.8.1螺紋連接可靠性設計29-71
8.8.2過盈連接的可靠性設計29-74
第9章零部件疲勞及磨損可靠性設計
9.1零部件疲勞強度可靠性設計29-76
9.1.1疲勞強度可靠性設計基本原理29-76
9.1.2平均應力效應29-76
9.1.3疲勞強度可靠性設計計算29-76
9.2疲勞強度可靠性遞推算法29-77
9.3隨機恒幅迴圈載荷疲勞可靠度的統計平均演算法29-78
9.4磨損可靠性29-78
9.4.1磨損的基本概念29-78
9.4.2給定壽命下的磨損可靠度計算29-79
9.4.3給定磨損可靠度時的可靠壽命計算29-80
第10章可靠性評價
10.1零件可靠性評價29-81
10.1.1複雜載荷工況可靠性評價29-81
10.1.2強度退化規律29-81
10.1.3存在強度退化時的可靠性模型29-82
10.1.4離散化的可靠性模型29-82
10.2系統可靠性評價29-84
10.2.1系統可靠性評價方法29-84
10.2.2行星齒輪系可靠度計算29-84
第11章可靠性試驗與資料處理
11.1可靠性試驗29-86
11.1.1可靠性試驗類型29-86
11.1.2可靠性試驗資料類型29-86
11.2可靠性資料分佈類型檢驗29-87
11.2.1χ2檢驗法29-87
11.2.2K-S檢驗法29-88
11.2.3回歸分析檢驗法29-89
11.3參數估計29-91
11.3.1矩估計29-91
11.3.2極大似然估計29-91
11.4指數分佈假設檢驗與參數估計29-91
11.4.1擬合性檢驗29-91
11.4.2參數估計29-92
11.5正態分佈統計檢驗與參數估計29-93
11.5.1擬合性檢驗29-93
11.5.2正態分佈參數估計29-94
11.6非參數估計方法29-95
11.6.1基於完全壽命資料的可靠性估計29-95
11.6.2基於截尾壽命資料的可靠性估計29-97

附錄
附錄Ⅰ可靠性標準29-99
Ⅰ-1中國國家可靠性標準29-99
Ⅰ-2中國電子行業可靠性標準29-101
Ⅰ-3中國機械行業可靠性標準29-101
附錄Ⅱ概率分佈表29-102
Ⅱ-1標準正態分佈表29-102
Ⅱ-2χ2分佈表29-103
Ⅱ-3t分佈表29-105
Ⅱ-4F分佈表29-106
Ⅱ-5Γ函數表29-111
參考文獻29-113