ASME规范下的疲劳分析方法

针对设计中给出的设计瞬态载荷，首先要考虑瞬态载荷的组合方式与各组合的出现次数，组合方式通常采用雨流计数法。

采用ASME规范进行疲劳分析时，需要确定每个载荷组合的交变应力强度S_alt。ASME规范NB3216给出了交变应力强度的计算方法，并考虑了循环过程中主应力方向不变与主应力方向改变两种情况。

对于循环过程中主应力方向不变的情况，在所研究的点上，应按照下面的步骤来确定交变应力强度。

1.主应力

对于整个应力循环，应考虑该点上的三个主应力对应于时间的各数值，同时考虑总体和局部的结构不连续性，以及在循环过程中变化的热效应。为了便于识别，这些主应力用σ₁、σ₂和σ₃表示。

2.应力差

对于整个循环，确定对应于时间的应力差S₁₂=σ₁-σ₂，S₂₃=σ₂-σ₃，S₃₁=σ₃-σ₁，下面用S_ij表示这三个应力差的任何一个。

3.交变应力强度

确定每一个应力差S_ij波动范围的极值，并对每一个S_ij求出该范围的绝对值，称此值为S_rij，并令S_{alt ij}=0.5S_rij。交变应力强度S_alt是各S_{alt ij}中的最大值。

对于循环过程中主应力方向改变的情况，在所研究的点上，S_alt应采用下列步骤来确定。

1）研究整个应力循环中六个应力分量σ_t、σ_l、σ_r、τ_lt、τ_lr和τ_rt对应于时间的各个数值，同时考虑总体及局部的结构不连续，以及在循环过程中变化的热效应。

2）选择一个时间点，那时的情况是循环的极值状态之一（代数最大值或代数最小值），并将此时的应力分量标以脚注i。在大多数情况下，在循环中至少可选择一个时间点，该时刻对应极值状态。在有些情况下，可能要试选不同的时间点，以找到一个交变应力强度最大值的时间。(www.xing528.com)

3）在循环过程中的每个时间点上，把六个应力分量σ_ti、σ_li……中的每一个分量从相应的应力分量σ_t、σ_l……中减去，把所得的应力分量分别称为σ′_t、σ_l′……

4）在循环过程中的每个时间点上，由六个应力分量σ_t′、σ_l′……推算出主应力σ₁′、σ₂′和σ₃′。当主应力方向改变时，其标记仍保持不变。

5）确定整个循环中对应于时间的应力差S′₁₂=σ′₁-σ₂′，S′₂₃=σ₂′-σ₃′，S′₃₁=σ₃′-σ₁′，并找出任何时间的任一应力差绝对值的最大值。交变应力强度S_alt为该最大值的一半。

规范中关于疲劳累积损伤主要包括以下六个步骤。

步骤1：在部件使用寿期内，将每一种应力循环组合类型（第1、2、3、…、n）的规定循环次数分别用n₁、n₂、n₃、…、n_n表示。

步骤2：对于每种应力循环类型，采用ASME规范NB3216的规则确定交变应力强度S_交变，称这些量为S_alt1、S_alt2、S_alt3、…、S_altn。

步骤3：对于每一个S_alt1、S_alt2、S_alt3、…、S_altn值，如果这种类型的循环单独起作用，则可使用适用的设计疲劳曲线（规范S-N曲线）确定允许的最大重复次数，称其为N₁、N₂、N₃、…、N_n。

步骤4：对每种类型的应力循环，从U₁=n₁/N₁，U₂=n₂/N₂，U₃=n₃/N₃，…，U_n=n_n/N_n来计算每种循环的使用系数U₁、U₂、U₃、…、U_n。

步骤5：从U=U₁+U₂+U₃+…+U_n来计算累积使用系数。

步骤6：累积使用系数不应超过1.0。