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第八章　機器設備壽命估算

本章重要考點

1.磨損壽命的估算

2.疲勞壽命曲線及其應用

3.循環應力特性、材料疲勞極限及零件疲勞極限

4.疲勞損傷積累的含義、應用及零件壽命的估算

典型例題講解

第一部分　客觀題重要考點

【考點1】磨損壽命的估算

【例題·多選題】機器的壽命是指設備從開始使用到被淘汰的整個時間過程。受有形磨損影響的壽命有（ ）。

A.物理壽命

B.使用壽命

C.經濟壽命

D.技術壽命

E.自然壽命

『正確答案』ABCE

『答案解析』設備的壽命分為自然壽命、技術壽命和經濟壽命

自然壽命

也叫物理壽命、使用壽命，設備在規定的使用條件下，從投入使用到因為物質損耗而報廢所經歷的時間，受有形磨損的影響。

技術壽命

是設備從投入使用到因為技術落后而被淘汰所經歷的時間。第Ⅱ種無形磨損可以縮短設備的技術壽命，而對設備進行技術改造可以延長其技術壽命。

經濟壽命

是指設備從投入使用到因繼續使用不經濟而退出使用所經歷的時間。受到有形磨損和無形磨損的共同影響。

【例題·單選題】（2010）下列關于設備磨損的說法中，正確的是（ ）。

A.設備在使用初期，零部件表面的粗糙度比較小，在使用過程中隨著磨損而逐漸增大

B.設備的正常磨損壽命是指正常磨損階段的磨損壽命，即第II階段的磨損壽命

C.設備在進入急劇磨損階段后，應開始考慮安排修理

D.材料的磨損強度數值越大，材料的耐磨性越差

『正確答案』D

『答案解析』設備在使用的初期，零件表面粗糙度相對較大，隨著設備的使用，粗糙度會逐步降低，所以選項A不正確；設備的正常磨損壽命是指第I和第II階段之和，所以選項B不正確；設備在進入急劇磨損階段之前，應該考慮安排修理，所以選項C不正確；磨損強度tgα的數值決定了磨損速度：材料的耐磨性差，則tgα大，磨損速度也快，所以選項D正確。

【例題·單選題】已知磨損強度為1mm/年，且設備運行5年后，磨損率為1/4，則該設備的剩余壽命為（ ）年，極限磨損量為（ ）mm。

A.20、10 　

B.15、20

C.20、20 　

D.15、10

『正確答案』B

『答案解析』該設備總壽命為5/（1/4）＝20（年），剩余壽命為20－5＝15（年）。極限磨損量＝1×20＝20（mm）

【例題·多選題】以下說法中正確的有（ ）。

A.磨損強度是實際磨損量與極限磨損量之比

B.磨損壽命等于初期和正常磨損階段之和

C.磨損率是實際磨損量與極限磨損量之比

D.在整個磨損過程中，磨損量與時間成直線關系

E.磨損壽命等于最大允許磨損量與磨損強度之比

『正確答案』BCE

『答案解析』磨損強度為單位時間磨損的厚度，磨損強度越大，表明材料耐磨性越差，所以選項A不正確；設備的正常壽命T是第Ⅰ階段和第Ⅱ階段時間之和，所以選項B正確；磨損率是指實際磨損量和極限磨損量之比，所以選項C正確；在磨損過程中，第二階段是磨損量與時間成直線關系，其他兩個階段并不是直線關系，所以選項D不正確；因為磨損強度＝磨損量/對應的時間，所以磨損壽命等于最大允許磨損量與磨損強度之比，選項D正確。

【例題·多選題】下列各項中，（ ）是評價材料靜強度的重要指標。

A.比例極限

B.彈性極限

C.屈服極限

D.強度極限

E.斷裂極限

『正確答案』CD

『答案解析』屈服極限和強度極限是評價材料靜強度的重要指標。

【例題·多選題】（2007）下列關于許用應力的說法中，正確的是（ ）。

A.許用應力是機械設計中允許零件或構件承受的最大應力值

B.只要零件或構件中的工作應力不超過許用應力，這個零件或構件在工作中就是安全的，否則是不安全的

C.在實際應用中，許用應力值一般由設計單位自己加以規定

D.許用應力等于考慮各種影響因素后經適當修正的材料失效應力除以安全系數

E.塑性材料以強度極限除以安全系數作為許用應力

『正確答案』ABD

『答案解析』許用應力是機械設計中的基本數據，在實際應用中，許用應力值一般由國家有關部門根據安全性和經濟性的原則，按材料的強度、載荷、環境情況、加工質量、計算精確度和零件或構件的重要性加以規定，所以選項C不正確；塑形材料以材料的屈服極限除以安全系數，得到許用應力，所以選項E不正確。

【考點2】疲勞壽命曲線及其應用

【例題·單選題】（2009）下列關于S-N曲線（見圖）的說法中，錯誤的是（ ）。

A.M點所對應的應力值σ稱為條件疲勞極限

B.M點所對應的循環次數N0稱為循環基數

C.P點（N＜N0）所對應的應力值σ稱為有限壽命疲勞極限

D.N低于104～105所對應的有限壽命區為低周疲勞區

『正確答案』A

『答案解析』M點所對應的應力值σ稱為疲勞極限，在有限壽命區，與給定的循環次數N對應的應力為有限壽命疲勞極限，又稱為條件疲勞極限。

【例題·多選題】（2008）下列關于疲勞壽命的說法中，正確的有（ ）。

A.零件的疲勞壽命與零件的應力和應變水平有關，應力-壽命曲線和應變-壽命曲線統稱為S-N曲線

B.大多數結構鋼的疲勞極限比靜強度極限高得多

C.循環基數用N0表示，當N≥N0為無限壽命區

D.在有限壽命區內，與給定循環N相對應的應力為條件疲勞極限

E.給定循環N低于105～106時，對應的有限壽命區為低周疲勞區

『正確答案』ACD

『答案解析』大多數結構鋼的疲勞極限比靜強度極限低得多，所以選項B錯誤；在有限壽命區內，與給定循環N相對應的應力為有限壽命疲勞極限，又稱為條件疲勞極限，所以選項D正確；給定循環N低于104～105時，對應的有限壽命區為低周疲勞區，所以選項E不正確。

【例題·多選題】下列關于疲勞壽命曲線的說法中，正確的有（ ）。

A.應力－壽命曲線和應變－壽命曲線統稱為S－N曲線

B.S-N曲線依疲勞試驗數據畫出，在疲勞試驗中都以實際零件作為試件

C.條件疲勞極限大于疲勞極限

D.疲勞壽命N低于106時對應的有限壽命區稱為低周疲勞區

E.當N小于循環基數時，根據該區域的疲勞壽命曲線所做的疲勞強度計算稱為有限壽命計算

『正確答案』ACE

『答案解析』S-N曲線是通過標準件試件測出試驗數據畫出的，所以選項B不正確；疲勞壽命N低于104~105時對應的有限壽命區稱為低周疲勞區，所以選項D不正確。

【例題·單選題】（2007）對于大多數結構鋼，其疲勞極限（ ）它的靜強度極限。

A.略小于

B.遠遠小于

C.略大于

D.遠遠大于

『正確答案』B

『答案解析』對于大多數結構鋼而言，疲勞極限遠遠小于靜強度極限。

【例題·多選題】（2007）S-N曲線是由疲勞實驗獲得的，在疲勞實驗中所使用的試件與實際零件有差異,所以在使用時應該引入（ ）。

A.表面狀態系數

B.安全系數

C.尺寸系數

D.應力集中系數

E.材料系數

『正確答案』ACD

『答案解析』S-N曲線是由疲勞實驗獲得的，在疲勞實驗中所使用的試件與實際零件有差異,所以在使用時應該引入表面狀態系數、尺寸系數和應力集中系數。

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（責任編輯：中大編輯）