[摘要]傳統計算方法和檢驗方法都與軸中的缺陷無關，因而不能正確地反映軸的強度和使用壽命。此類軸件的斷裂多數是因內在裂紋擴展而致。因此，損傷容限計算是一種較新的結構設計理論，對裂紋亞臨界擴展階段的研究來計算裂紋從初始長度發展到臨界長度（此時工件將發生斷裂）的壽命，確定帶缺陷工件的承載能力。
[關鍵詞]裂紋擴展 損傷容限 壽命
一、前言
針對冶金企業機械軸件傳動較多,并且出現事故損失較大,我們進行軸件失效分析,軸件中均有大小和分布不同的內部缺陷（裂紋）,冶金機械的軸件多用45*鋼正火（或調質）作成,按無限壽命的傳統疲勞強度計算或靜強度計算，有較大的安全系數。軸材在加工前后均作超聲探傷，并截頭做常規材料性能試驗。但這并未能防止軸的失效。雖然原因多種，也說明傳統的計算方法未反映出軸材缺陷的影響，而現有探傷標準（廠標）無疑成為檢查軸件失效的主要標準之一。實踐證明，這類軸內部（或表面）均不可避免的有裂紋或類裂紋，斷裂失效是由裂紋擴展而成的。斷口無明顯的塑性變形。損傷容限計算把軸中缺陷與材料強度聯系了起來,這一方法與其他方法一道可以更好的分析軸件失效的原因，同時也可以較正確地估計軸的壽命。
二、損傷容限分析
對軸類失效的分析，通常包括材料的化學成分，金相組織，常規機械性能及宏觀斷口等。這些檢驗是需要的，但是，這些檢驗中的某些數據僅僅與傳統的常規計算相聯系，或僅供常規計算參考。為了與裂紋擴展相聯系，其中較主要的就是損傷容限分析方法，當張開型裂紋尖端的應力強度因子值達到材料的斷裂韌度時，裂紋就要擴展，即斷裂失效的判據是。 即在較精確的分析零件應力的基礎上，根據所需零件的壽命，估算出初始裂紋尺寸。
對于像45*鋼，在估算裂紋擴展時所需特殊處理的問題是裂紋前端鈍化并處于彈塑性狀態，在沒有這方面的精確解時，需要有一個判別線彈性理論是否適用的界限。在彈塑性范圍內，可用J積分或COD作為判據，在平面應力狀態下［1］提出裂紋前端張開量δ可用下式表示：
式中 σy -材料的屈服限,E-材料的彈性模量,α-裂紋長度之半,σ-無裂紋時，該點的計算應力。在平面應力狀態下：
根據［1］σy 應以1/2（σy+σb）代替，式子σb為材料的極限強度。因此，在彈塑性狀態下裂紋允許的半長α＇與線彈性條件下裂紋允許的半長α間的關系式為：
ΔK---在交變載荷下最大與最小
聲明：
“冶金機械軸件失效分析” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：王敬成
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2025年08月05日 ~ 07日 
