鋼材的疲勞破壞

1、文檔編碼 : CN8P7R9R7B5 HP7J4G4I10C9 ZJ8J8P2L9H9鋼材的疲乏破壞 疲乏破壞的特點和定義：鋼材在循環(huán)荷載作用下, 應(yīng)力雖然低于極限強度, 甚至低于屈服強度, 但仍然會 發(fā)生斷裂破壞,這種破壞形式就稱為疲乏破壞；破壞過程：裂紋的形成 -破壞特點：裂紋的擴展 - 最終的快速斷裂而破壞（1）疲乏破壞時的應(yīng)力小于鋼材的屈服強度,鋼材的塑性仍沒有開放,屬于脆 性破壞；（2）疲乏破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同；一般脆性破壞后的斷口平直,呈有光澤的晶粒狀或人字紋；而疲乏破壞的主要斷口特點是放射和年輪狀花紋；（3）疲乏對缺陷特別敏捷；鋼材在連續(xù)交變荷載作用下, 會逐步累積

2、損耗、 產(chǎn)生裂紋及裂紋逐步擴展, 直到 最終破壞,此現(xiàn)象稱為疲乏（ fatigue ）；依據(jù)斷裂壽命和應(yīng)力高低的不同,疲乏分為 高周疲乏 （ high-cycle fatigue）和 低周疲乏 （low-cycle fatigue ）兩類；高周疲乏的斷裂壽命較長,斷裂前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5 10 4,斷裂應(yīng)力水平較低,因此也稱低應(yīng)力疲乏或疲乏,一般常見的疲乏多屬于這類；低周疲乏的斷裂壽命較短,破壞前的循環(huán)次數(shù)n10 25 10 4,斷裂應(yīng)力水平較高,伴有塑性應(yīng)變發(fā)生,因此也稱為應(yīng)變疲乏或高應(yīng)力疲乏；1 常幅疲乏鋼材的疲乏鋼材在 連續(xù)重復(fù)荷載 作用下裂紋 生成、擴展 以致斷裂破壞的現(xiàn)象；設(shè)計規(guī)范規(guī)

3、定：循環(huán)次數(shù)N5 10 4 ,應(yīng)進行疲乏運算；1.1 循環(huán)應(yīng)力的特點應(yīng)力譜 , 應(yīng)力比 , 應(yīng)力幅 , 循環(huán)次數(shù) N m inm axm axm in1.2 常幅疲乏重復(fù)荷載的數(shù)值不隨時間變化,量；全部應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常1.3 與 N 的關(guān)系 越大,破壞時循環(huán)次數(shù)越少； 越小,破壞時循環(huán)次數(shù)越多；破壞時循環(huán)次數(shù)越少,說明 越大；破壞時循環(huán)次數(shù)越多,說明 越??；1.4 容許應(yīng)力幅規(guī)范將不同構(gòu)造和受力特點的鋼構(gòu)件和連接,按其疲乏性能的高低歸并劃分為8個疲乏運算類別,并對每個類別規(guī)定了相應(yīng)的參數(shù)取值；c1n參數(shù)和 b 的取值國內(nèi)外試驗證明, 除了個別在疲乏運算中不起把握作用類別的疲乏強度有隨鋼

4、材的強度提高而稍有增加外, 大多數(shù)焊接連接類別的疲乏強度不受鋼材強度的影響；1.5 常幅疲乏的運算公式疲乏運算接受容許應(yīng)力幅法, 按彈性狀態(tài)運算應(yīng)力進行運算； 運算只適用于無高溫（t 150）、無嚴肅腐蝕環(huán)境中的高周低應(yīng)變的疲乏運算（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5 10 4 ；當(dāng)作用于運算部位的設(shè)計應(yīng)力幅小于等于容許應(yīng)力幅時,不會發(fā)生疲乏破壞；標準荷載下的設(shè)計應(yīng)力幅；max對于焊接部位的設(shè)計應(yīng)力幅: = max- min ；力取正值,對于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：= max- 0.7min每次應(yīng)力循環(huán)中,運算部位的最大拉應(yīng)力（取正值）min每次應(yīng)力循環(huán)中,運算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力（拉應(yīng)壓應(yīng)力取負值）； 常

5、幅疲乏的容許應(yīng)力幅例題 2.1 某鋼板承擔(dān)軸心拉力,截面為420mm 2Omm,鋼材為 Q345-B,因長度不夠而用橫向?qū)雍缚p接長,如圖 2.14 所示；焊縫質(zhì)量等級為一級,但表面未進行磨平加工；鋼板承擔(dān)重復(fù)荷載,預(yù)期循環(huán)次數(shù)n=10 6 次,荷載標準值Nmax=1200kN,Nmin=-200kN；要求進行疲乏強度驗算；【解】由附表 8 的項次 2,橫向?qū)雍缚p鄰近的主體金屬當(dāng)焊縫表面未經(jīng)加工但質(zhì)量等級為一級時,運算疲乏時屬第 3 類；. 由表 2.1 ,查得 C3.26 10 12, 3；.當(dāng) n10 6 次時的容許應(yīng)力幅為：c112 3.26 101148.3N/mm23n106運算部

6、位的設(shè)計應(yīng)力幅：maxmin12004202003 10166.7N/mm2148.3N/mm220因此疲乏強度不中意要求,擔(dān)憂全；如對焊縫表面進行加工磨平,就運算疲乏時由附表8 的項次 2,查得疲乏類別為第 2 類；此時, C861 10 12, 4,就.c112 861 101171.3N/mm224n6 10166.7N/mm2171.3N/mm因此疲乏強度中意要求,可見,焊縫表面進行加工磨平可提高疲乏強度；2 變幅疲乏當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機變化時為變幅疲乏；疲乏,然后按常幅疲乏檢算式檢算；1. 能夠測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律（a）檢算公式 e等效常幅疲乏應(yīng)力幅； 常幅疲乏的容許應(yīng)力幅；

7、可將變幅疲乏折算為等效的常幅（b 運算 如能推測結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的應(yīng)力幅以及次數(shù)分布所構(gòu)成的設(shè)計應(yīng) 力譜,就依據(jù)累積損耗原理可將變幅疲乏折合為等效常幅疲乏,將隨機變化的應(yīng) 力幅折算為等效應(yīng)力幅 e按下式進行疲乏運算：1 ni niniieni以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命；預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達到i 的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)2. 不能測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律設(shè)計重級工作制吊車的吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架時, 應(yīng)力幅是按滿載得出的,實際上常常發(fā)生不同程度欠載情形； 假如沒有對實際應(yīng)力幅的統(tǒng)計資料,即屬本情形；使用欠載效應(yīng)系數(shù),按常幅疲乏進行運算；運算公式總結(jié)：1. 承擔(dān)動力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接,當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù) N5 10 4次時,應(yīng)進行疲乏運算；2. 在應(yīng)力循環(huán)中不顯現(xiàn)拉應(yīng)力的部位,可不運算疲乏； 依據(jù)應(yīng)力幅概念, 不論應(yīng)力循環(huán)是拉應(yīng)力仍是壓應(yīng)力, 只要應(yīng)力幅超過容許值就會產(chǎn)生疲乏裂紋；但由于 裂紋形成的同時, 殘余應(yīng)力自行釋放, 在完全壓應(yīng)力 不顯現(xiàn)拉應(yīng)力 循環(huán)中, 裂 紋不會連續(xù)進展,故規(guī)范規(guī)定此種情形可不于驗算；3. 運算疲乏時, 應(yīng)接受荷載的標準值, 不考慮荷載分項系數(shù)和動力系數(shù),而且應(yīng) 力按彈性工作運算；可認 4. 依據(jù)試