不锈钢厚壁管局部区域应变集中的影响

不锈钢厚壁管疲劳大都起因于局部区域的应变集中。如果应变能分散在较大不锈钢厚壁管体积上,就可大大延长疲劳寿命。但是,因为应变是集中的,即使平均应变低也会引起较大的范性应变。应变集中(由于是局部的)可能以微观尺度出现,例如在某些不连续区域内的滑移面上;或者以宏观尺度出现,如在机加工缺口的限定区域内。避免这样的应变集中虽不一定可能,但是只要有可能这样作对延长疲劳寿命却是有效的。这个课题很广泛,不可能在这样有限的讨论中全部概括。因此,仅将设计、加工或使用者范围内的特点,分别给以扼要的论述。

设计方面机械设备总免不使用孔、圆角、螺纹和引起不锈钢厚壁管局部体积应变集中的许多其它几何形状的断续。面对这些几何形状断续的需要,设计者总是可以规定几何形状的某些细节,以减轻它们的有害影响。避免背上应变集中因子的累积迭加,按实际可能使圆角半径尽量地大;增添或去除不锈钢厚壁管以使应力从一个区域向另一区域平滑地“流动”,这些不过是摆在设计人员面前把应变集中减到最低限度的几个办法。参考文献中对设计人员提供了不少有益的论文,并且几乎每篇关于疲劳的文章都包括了许多这方面的内容。从参考文献中选出的一个实例,从图中可看到若干设计的建议。关于小的设计细节(圆角半径的变化)所测出的不同的疲劳寿命实例。大的齿根半径不仅不会妨碍带螺纹零件的有效功能;而且能使寿命提高四倍。寿命改善的一部分,虽归于滚压螺纹所产生的残余应力,这个问题以后在有关残余应力部分讨论;可是,部分寿命的改善却由于消除了尖锐的圆角半径的结果。这种效果的实例还可以举出许多来。

有时应力集中因子不是实际设计的需要,而仅是一种完全可以避免的疏忽。为在涡轮盘上斜向钻孔,由于有应力集中引起了疲劳失效。用另一种固定方案,只须将不锈钢厚壁管丝绕在涡轮盘凸缘的边缘上就能起同样的作用,而不致引起任何应力集中。

除了避免由于几何形状的各种断续引起的应力集中外,设计人员还须注意载荷的分布问题。提供很多承受载荷的单元总是有益的。例如在不锈钢厚壁管上承受载荷的螺纹数量尽可能多一些。为NAS螺纹紧固件疲劳试验的一些结果。研究了几种强度级,对每种强度级试验了三种螺帽高度。在所有情况下,螺帽愈高,带有的螺纹愈多,疲劳寿命则愈高。

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