高强合金材料及其可靠性预测

由于工程中绝大多数机械在动载荷作用下工作，疲劳破坏问题普遍存在于各种机械产品中。与普通金属材料相比，高强合金材料对于动载荷的敏感性更高，引起其失效的载荷峰值远远低于根据静态断裂分析估算出来的所谓安全载荷，失效时征兆常常并不明显。这种突然性的失效给高强合金材料的工程应用带来很大的威胁，尤其随着机械设备向高速大型化发展，提高高强合金材料使用的可靠性越来越被重视。传统的以安全系数保障强度储备的确定性机械结构强度设计方法正逐步向可靠性设计方法演进，从而为材料的研发、设计制造和选用提供更为精确而可靠的资料。
本书详细介绍了高强合金材料涉及的多种可靠性预测方法，同时提供了几种典型高强合金材料可靠性试验数据以说明可靠性预测的应用。第1章介绍了可靠性预测以及高强合金材料表征的国内外研究现状。第2章介绍了常用的可靠性参数估计与假设检验方法，为提高疲劳试验数据的总体拟合评价效果，介绍了一种疲劳概率模型的综合评价方法。第3章针对高强合金材料的高可靠度疲劳参量推断，介绍了反映应力、应变疲劳寿命和循环应力应变关系的可靠性分析通用模型，以及基于矩法的疲劳可靠性曲线。第4、5章针对42CrMo、40Cr、2A12疲劳试验数据，介绍了可靠性预测的使用方法以及应用实例。
本书主要供从事高强合金材料研发、制造和选用的工程技术人员、管理人员、质量检验人员使用，也可为高等院校机械工程、车辆工程、材料工程等专业可靠性研究领域的教师、研究生提供参考。
在此向所引用文献的作者和为本书提供帮助的同行表示感谢。书中不足之处，恳请广大读者批评指正。

著者

高强合金材料是国内外使用最为广泛的工程材料，基于各类高强合金材料表征的基础性数据进行可靠性预测对于提高我国重大工程中工程机械产品的可靠性具有十分重要的意义。本书详细介绍了高强合金材料涉及的可靠性设计和分析方法，重点介绍的是高强合金材料疲劳数据的参数估计和假设检验、疲劳寿命和性能的高可靠度预测等。最后提供了几种典型高强合金材料可靠性试验数据，详细阐述了本书介绍的可靠性预测方法的具体应用，以帮助读者有效、充分利用高强合金材料可靠性数据，进而提高机械产品的质量和寿命。本书主要供从事高强合金材料研发、制造和选用的工程技术人员、管理人员、质量检验人员使用，也可为高等院校机械工程、车辆工程、材料工程等专业可靠性研究领域的教师、研究生提供参考。

徐楠，山东建筑大学机电工程学院，教研室主任、副教授，硕士生导师。主要从事机械可靠性设计、智能工程机械等方面的研究。科研方面，主持和参与省部级项目、重大横向课题6项。发表论文20余篇，授权、转化发明专利5项，获实用新型专利6项、软件著作权5项。以上成果中，3篇SCI论文、2篇EI论文、1项发明专利和1项软件著作权均与本选题密切相关。教学方面，山东省本科课程（线上线下混合式）《机械设计》课程负责人，山东建筑大学优质课程思政示范课程及教学名师。获省级教学成果一、二等奖等3项。主持新工科子课题、协同育人项目等6项课题。在高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学共享平台和科明365云平台主持开发虚拟仿真实验，其中减速器拆装虚拟实验线上使用人数超3万人次。

第1章　绪论 001
1.1　可靠性设计简介 002
1.2　高强合金材料国内外研究现状 003
1.3　可靠性分析的基本知识 004
1.3.1 疲劳失效与疲劳数据分散性 004
1.3.2 统计学意义的可靠性数据处理 006
1.3.3 疲劳寿命曲线和疲劳性能曲线 017

第2章　可靠性参数估计与假设检验方法 023
2.1　可靠性概率模型的参数估计 024
2.1.1 可靠度估计量 025
2.1.2 常用可靠性概率模型分布函数及其线性回归方程 026
2.1.3 可靠性概率模型二项式系数拟合方法 030
2.2　不依赖分布形式的可靠性概率模型假设检验 032
2.3　可靠性概率模型的综合评价方法 036
2.3.1 较优概率模型评价的显著性检验法 037
2.3.2 可靠性概率模型的综合拟合效果评价 039
2.4　本章小结 040

第3章　随机疲劳寿命与性能的可靠性 043
3.1　应力疲劳寿命可靠性分析通用模型 044
3.1.1 应力疲劳寿命可靠性分析常用表述方法 044
3.1.2 应力疲劳寿命可靠性分析通用表述方法 045
3.1.3 可靠性分析通用公式特例 046
3.2　应变疲劳寿命可靠性分析通用模型 049
3.2.1 应变疲劳寿命可靠性分析常用表述方法 049
3.2.2 应变疲劳寿命可靠性分析通用表述方法 051
3.2.3 可靠性分析通用公式特例 051
3.3　循环应力应变关系可靠性分析通用模型 054
3.3.1 循环应力应变关系常用表述方法 054
3.3.2 循环应力应变关系可靠性分析通用表述方法 055
3.3.3 可靠性分析通用公式特例 056
3.4　基于矩法的疲劳可靠性曲线 058
3.4.1 基于矩法的应力疲劳寿命可靠性曲线 058
3.4.2 基于矩法的循环应力应变关系可靠性曲线 060
3.5　本章小结 062

第4章　高强合金材料试验 065
4.1　42CrMo 齿轮轮齿应力疲劳试验 066
4.1.1 疲劳寿命试验试件制备 066
4.1.2 疲劳寿命试验方案 068
4.1.3 疲劳寿命试验结果数据 070
4.2　42CrMo 高强度合金钢应变疲劳试验 071
4.2.1 应变疲劳试验试件制备 071
4.2.2 应变疲劳试验过程 072
4.2.3 应变疲劳试验结果 073
4.3　42CrMo 高强合金钢显微疲劳试验 075
4.3.1 显微疲劳试验装置介绍 076
4.3.2 显微疲劳试验试件 076
4.3.3 显微疲劳试验过程 077
4.3.4 显微疲劳试验结果 078
4.4　本章小结 084

第5章　高强合金材料的可靠性预测实例 085
5.1　42CrMo 齿轮参数估计及概率模型综合评价 086
5.1.1 应力疲劳寿命的参数估计 086
5.1.2 应力疲劳寿命的疲劳概率模型综合评价 089
5.1.3 应力疲劳寿命可靠性分析 093
5.2　42CrMo 材料应变疲劳可靠性曲线 094
5.2.1 应变疲劳循环应力幅的参数估计 094
5.2.2 应变疲劳循环应力幅的疲劳概率模型综合评价 096
5.2.3 应变疲劳循环应力应变关系可靠性分析 096
5.3　40Cr 参数估计及概率模型综合评价 098
5.4　40Cr 应力疲劳寿命可靠性曲线 103
5.5　2A12 参数估计及概率模型综合评价 104
5.5.1 应力疲劳寿命的参数估计 104
5.5.2 应力疲劳寿命的疲劳概率模型综合评价 106
5.6　本章小结 110

附录　物理量名称及符号表 111

参考文献 113

高强合金材料是国内外使用最为广泛的工程材料，基于各类高强合金材料表征的基础性数据进行可靠性预测对于提高我国重大工程中工程机械产品的可靠性具有十分重要的意义。本书详细介绍了高强合金材料涉及的可靠性设计和分析方法，重点介绍的是高强合金材料疲劳数据的参数估计和假设检验、疲劳寿命和性能的高可靠度预测等。最后提供了几种典型高强合金材料可靠性试验数据，详细阐述了本书介绍的可靠性预测方法的具体应用，以帮助读者有效、充分利用高强合金材料可靠性数据，进而提高机械产品的质量和寿命。本书主要供从事高强合金材料研发、制造和选用的工程技术人员、管理人员、质量检验人员使用，也可为高等院校机械工程、车辆工程、材料工程等专业可靠性研究领域的教师、研究生提供参考。

徐楠，山东建筑大学机电工程学院，教研室主任、副教授，硕士生导师。主要从事机械可靠性设计、智能工程机械等方面的研究。科研方面，主持和参与省部级项目、重大横向课题6项。发表论文20余篇，授权、转化发明专利5项，获实用新型专利6项、软件著作权5项。以上成果中，3篇SCI论文、2篇EI论文、1项发明专利和1项软件著作权均与本选题密切相关。教学方面，山东省本科课程（线上线下混合式）《机械设计》课程负责人，山东建筑大学优质课程思政示范课程及教学名师。获省级教学成果一、二等奖等3项。主持新工科子课题、协同育人项目等6项课题。在高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学共享平台和科明365云平台主持开发虚拟仿真实验，其中减速器拆装虚拟实验线上使用人数超3万人次。