橡胶产品的寿命计算

1 、疲劳概述

橡胶制品通常是在周期性应力状态下使用的,橡胶材料的疲劳断裂性能往往决定这些制品的疲劳寿命。为了保证橡胶制品使用时的安全性和可靠性,研究橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。

橡胶材料的疲劳寿命研究方法包括疲劳裂纹萌生方法和疲劳裂纹扩展方法两类，工程上多采用基于橡胶材料S—N曲线的疲劳裂纹萌生方法进行寿命预估；以应变能密度为疲劳损伤参量的裂纹萌生法被证明在多轴条件下具有更好的适用性。

2、 S-N曲线

载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示:

--若某一部件在承受循环载荷,经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效；

--如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；

--应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。

S-N曲线中的水平直线部分对应的应力水平就是材料的疲劳极限，其原意为材料经受无数次应力循环都不发生破坏的应力极限，Workbench默认的“无数次”

为1E6。

斜线部分给出了试样承受的应力幅水平与发生疲劳破断时所经历的应力循环次数之间的关系，多用如幂函数的形式表示。

式中σ为应力幅或最大应力，N为达到疲劳破断时的应力循环次数，m，C材料常数

如果给定一个应力循环次数，便可由上式求出或由斜线量出材料在该条件下所能承受的最大应力幅水平。反之，也可以由一定的工作应力幅求出对应的疲劳寿命。因为此时试样或材料所能承受的应力幅水平是与给定的应力循环次数相关联的，所以称之为条件疲劳极限，或称为疲劳强度。斜线部分是零部件疲劳强度的有限寿命设计或疲劳寿命计算的主要依据。

材料或构件到发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数称为材料或构件的疲劳寿命，通常它包括疲劳裂纹的萌生寿命与扩展寿命之和。

3.、 疲劳寿命计算原理

任何疲劳计算，都是基于五个步骤，即五步法。

结构疲劳计算的重要一点，就是将时间引入到了计算结果中，就是疲劳的计算结果和时间相连。在ANSYS Workbench平台

下自带的疲劳模块，只能做线性疲劳，即把静力学的一个状态计算结果，通过载荷步映射到整个计算时间区域。

第一步

--准备小试样

--做等幅对称应力控制疲劳试验

第二步

--获取得到材料S-N曲线

第三步

--调整S-N曲线

--缺口

--表面加工

--表面处理

--尺寸

--应力集中等

第四步

对应力历程数据进行雨流计数

第五步

-对每个循环计算疲劳损伤

-用Miner准则累计损伤

-计算疲劳寿命

损伤的定义

疲劳寿命计算

疲劳损伤计算