疲劳强度设计原则
动载焊接结构设计Ⅲ(疲劳强度寿命计算)
****动载焊接结构的设计1、 焊接结构疲劳强度设计的一般原则设计过程可分为以下三个步骤：⑴ 考虑实用性，进行功能设计 根据结构未来的工作情况，合理地提出结构的承载能力、强度、刚度、耐蚀度、使用寿命等比较具体的要求。
考虑安全性，这些要求不能太低；考虑经济性，这些要求也不能过高。
⑵ 进行方案设计 根据上述要求，选择确定结构材料、结构构造形式、传动形式、自动化程度、控制方式、生产制造工艺等综合设计方案，它们互相联系，又互相制约；⑶ 进行具体的施工图设计 绘图前，进行必要的计算，以便确定结构的重要尺寸。
我们要讲的是如何合理选择动载焊接结构、焊接接头的结构形式和怎样进行必要的计算。
设计动载焊接结构必须特别强调两点：① “动载”，对应力集中非常敏感；②焊接接头属于刚性连接形式，对应力集中也比较敏感。
而且“焊接结构”难免有焊接残余应力、变形、焊接缺陷等，存在应力集中现象。
因此，设计动载焊接结构时，必须注意以下几点：⑴ 承受拉伸、弯曲、扭转的构件，截面面积变化时，尽量保持平顺、圆滑的过渡，尽量防止或减小构件截面刚度突然变化，避免造成较大的附加应力和应力集中。
⑵ 对接、角接、丁字、十字接头等，均应优先采用对接焊缝，少用角焊缝； ⑶ 单面搭接接头角焊缝的焊根、焊趾处，既有偏心弯矩的作用，又有严重的应力集中，承受疲劳载荷的能力很低，必须尽量避免采用这种接头形式；⑷ 承受疲劳载荷的角焊缝（未焊透的对焊缝，也看作角焊缝），危险点在应力集中比较严重的焊缝根部或焊趾处。
应采用如下措施：① 开坡口，加大熔深，减小焊缝根部的应力集中；② 将焊趾处加工成圆滑过渡的形状，减小焊趾的应力集中；⑸ 处于拉应力场中的焊趾、焊缝端部或其它严重的应力集中处（如裂纹），应设置缓和槽、孔，以便降低应力集中的影响。
总之，应采取一切措施，排除或减小应力集中的影响。
2、疲劳强度的许用应力设计法我国钢结构标准，原设计规范基本金属及连接的疲劳计算中，采用疲劳许用应力。
注塑机筒疲劳强度计算的设计准则
2023年 第49卷·71·作者简介：袁卫明（1971-），男，本科，正高级工程师，副总工程师，现从事塑料注射成型机研发设计。
收稿日期：2023-07-200 引言注塑机机筒是注射机构中的重要零部件，在工作中其要承载注射高压的冲击，当前注塑机的注射压力已从传统的170 MPa 发展到270 MPa 以上。
面对机筒在高压和超高压中出现的失效现象，沿用传统的注塑机筒强度理论[1]，不能圆满解释机筒失效的实际现象。
本文从厚壁圆筒的弹塑性力学理论[2]分析研究注塑机筒的工作特性，阐述以往用弹性力学角度分析研究机筒强度的局限性，提出了符合实际的注塑机筒疲劳强度的设计准则，并用实例加以论证。
1 厚壁圆筒1.1 厚壁圆筒的应力分析根据厚壁圆筒体[3]的应力变形特点，我们假设将厚壁圆筒看成是由许多个薄壁圆筒相互连在一起所组成，如图1所示，当厚壁圆筒内径承受内压力后，其组成的各层薄壁圆筒由里至外逐步受力，其变形受到里层薄壁圆筒的约束和受到外层薄壁圆筒的限制，因此各个单元薄壁圆筒体都会受到内外侧变形的约束和限制所引起的均布压力作用，从里往外各层薄壁圆筒体的变形被受到的约束和限制是不同的，环向应力沿壁厚方向分布是不均匀的，这是厚壁圆筒形变和应力的一个基本特点。
厚壁圆筒应力、应变的另一个特点是：由于厚壁圆筒是由多个薄壁圆筒组成，在多层材料变形的相互约束和限制下，沿径向方向产生了径向应力，沿壁厚方向径向应力分布是不均匀的。
厚壁圆筒和薄壁圆筒注塑机筒疲劳强度计算的设计准则袁卫明，成明祥(德清申达机器制造有限公司，浙江 湖州 313205)摘要：传统注塑机筒强度设计理论未能合理解释回答在实际中产生的一些失效现象问题，对比厚壁圆筒的力学分析，确认判断注塑机筒沿用以往的设计理论具有局限性和适用范围。
通过引用分析目前在厚壁圆筒中较常用的弹塑性强度理论设计观点，结合实例，提出了符合实际的注塑机筒强度理论的设计准则。
第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理
148第6章 结构件及连接的疲劳强度随着社会生产力的发展，起重机械的应用越来越频繁，对起重机械的工作级别要求越来越高。
《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定，应计算构件及连接的抗疲劳强度。
对于结构疲劳强度计算，常采用应力比法和应力幅法，本章仅介绍起重机械常用的应力比法。
6.1 循环作用的载荷和应力起重机的作业是循环往复的，其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷，在结构或连接中产生的应力是变幅循环应力，如图6-1所示。
起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。
起重机工作过程中每个工作循环中应力的变化都是随机的，难以用实验的方法确定其构件或连接的抗疲劳强度。
然而，其结构或连接在等应力比的变幅循环或等幅应力循环作用下的疲劳强度是可以用实验的方法确定的，对于起重机构件或连接的疲劳强度可以用循环记数法计算出整个循环应力中的各应力循环参数，将其转化为等应力比的变幅循环应力或转化为等平均应力的等幅循环应力。
最后，采用累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。
6.1.1 循环应力的特征参数 (1) 最大应力一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用max σ表示。
(2) 最小应力一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用min σ表示。
(3) 整个工作循环中最大应力值构件或连接整个工作循环中最大应力的数值，用max ˆσ表示。
(4) 应力循环特性值一个循环中最小应力与最大应力的比值，用minmaxr σσ=表示。
(5) 循环应力的应力幅一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用σ∆表示。
149,r i i N σ-曲线max min max (1)r σσσσ∆=-=-(6) 应力半幅一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值的一半，用a σ来表示。
max min /2a σσσ=-(7) 应力循环的平均值一个循环中最大的应力与最小的应力的和的平均值，用m σ表示。
疲劳强度设计
疲劳强度设计对承受循环应力的零件和构件，根据疲劳强度理论和疲劳试验数据，决定其合理的结构和尺寸的机械设计方法。
机械零件和构件对疲劳破坏的抗力，称为零件和构件的疲劳强度。
疲劳强度由零件的局部应力状态和该处的材料性能确定，所以疲劳强度设计是以零件最弱区为依据的。
通过改进零件的形状以降低峰值应力，或在最弱区的表面层采用强化工艺，就能显著地提高其疲劳强度。
在材料的疲劳现象未被认识之前，机械设计只考虑静强度，而不考虑应力变化对零件寿命的影响。
这样设计出来的机械产品经常在运行一段时期后，经过一定次数的应力变化循环而产生疲劳，致使突然发生脆性断裂，造成灾难性事故。
应用疲劳强度设计能保证机械在给定的寿命内安全运行。
疲劳强度设计方法有常规疲劳强度设计、损伤容限设计和疲劳强度可靠性设计。
简史19 世纪40 年代，随着铁路的发展，机车车轴的疲劳破坏成为非常严重的问题。
1867年，德国A.沃勒在巴黎博览会上展出了他用旋转弯曲试验获得车轴疲劳试验结果，把疲劳与应力联系起来，提出了疲劳极限的概念，为常规疲劳设计奠定了基础。
20 世纪40 年代以前的常规疲劳强度设计只考虑无限寿命设计。
第二次世界大战中及战后，通过对当时发生的许多疲劳破坏事故的调查分析，逐渐形成了现代的常规疲劳强度设计，它非但提高了无限寿命设计的计算精确度, 而且可以按给定的有限寿命来设计零件,有限寿命设计的理论基础是线性损伤积累理论。
早在1924年，德国A.帕姆格伦在估算滚动轴承寿命时，曾假定轴承材料受到的疲劳损伤的积累与轴承转动次数（等于载荷的循环次数）成线性关系，即两者之间的关系可以用一次方程式来表示。
1945 年，美国M.A. 迈因纳根据更多的资料和数据,明确提出了线性损伤积累理论，也称帕姆格伦-迈因纳定理。
随着断裂力学的发展，美国 A.K. 黑德于1953 年提出了疲劳裂纹扩展的理论。
1957年，美国P.C.帕里斯提出了疲劳裂纹扩展速率的半经验公式。
2疲劳强度及寿命可靠性估计原理
2疲劳强度及寿命可靠性估计原理疲劳强度及寿命可靠性估计原理是一种用于评估材料或构件在疲劳加载下的强度和寿命的方法。
疲劳是指材料或构件在循环加载下发生的损伤和破坏现象，是工程结构中最常见的失效模式之一、疲劳强度和寿命的可靠性估计原理可以为工程设计和结构改进提供依据，以确保材料和构件的安全可靠运行。
疲劳强度是指材料或构件在循环加载下承受疲劳损伤的能力。
疲劳损伤通常以SN曲线（或称为Wöhler曲线）表示，该曲线描述了材料或构件在不同循环载荷下的强度和寿命。
通过对SN曲线的实验测试和分析，可以确定材料或构件在特定载荷历程下的疲劳强度，即材料或构件在特定循环载荷下发生疲劳破坏的概率。
疲劳寿命是指材料或构件在循环加载下能够承受的次数或时间。
疲劳寿命估计的原理是根据材料或构件的强度和应力历程确定其在特定应力水平下承受的载荷循环数或使用时间。
这种估计方法可以通过应力历程的统计分析、计算模型和数学建模等方法进行。
最常用的方法是通过采用一种应力-寿命模型来描述材料或构件的疲劳行为，并通过实验测试和数据拟合来确定该模型的参数。
疲劳强度及寿命的可靠性估计原理基于统计学和可靠性工程理论。
在进行疲劳强度和寿命估计时，需要考虑到材料或构件的不确定性和变异性，以及设计的可靠性要求。
通过引入可靠度指标和可靠性分析方法，可以对疲劳强度和寿命进行可靠性评估，并确定其可靠性指标，如失效概率、失效率等。
在疲劳强度及寿命可靠性估计过程中，还需要考虑到材料和构件的预防措施和改进措施。
预防措施包括材料的优化设计、制备和处理，以提高材料的抗疲劳性能；改进措施包括结构的几何形状和尺寸优化、加载历程和工况的优化等，以减小结构的疲劳应力和增加结构的寿命。
总之，疲劳强度及寿命可靠性估计原理是一种综合应用力学、材料科学、统计学和可靠性工程理论的方法，通过实验测试、数据分析和数学建模等方式，对材料和构件在疲劳加载下的强度和寿命进行评估和预测。
这种估计方法可以为工程设计和结构改进提供依据，以确保材料和构件的安全可靠运行。
机械零件的疲劳强度.
M' ('me,'ae)
B’
E E’
/K
0/2K
45° O
135° S (s,0)
m
K N 1 1 a m (k ) D (k ) D
直线E’S方程：
2 1 0
0
' max
m s a
按静强度计算 当
10 3 (10 4 ) N N 0 ——高周循环疲劳
N
有限寿命区 无限寿命区
随循环次数↑疲劳极限↓
N
O
N
N0
N
2
N ——持久极限
对称循环：
无限寿命区 N N0
1 1
有限寿命区
脉动循环：
0 0
注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。
3、 无明显塑性变形的脆性突然断裂
4 、破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限 三、疲劳破坏的机理：
损伤的累积 四、影响因素： 不仅与材料性能有关，变应力的循环特性，应力循环
次数，应力幅（应力集中、表面状态、零件尺寸）都
对疲劳极限有很大影响。
§ 3—2 材料的疲劳曲线和极限应力图
N ( N )——疲劳极限，循环变应力下应力循环N次后
第三章 机械零件的疲劳强度
疲劳强度计算方法： 1、安全——寿命设计 2、破损——安全设计
§ 3—1 疲劳断裂的特征
一、失效形式：疲劳断裂
二、疲劳破坏特征： 1、断裂过程：① 产生初始裂纹 （应力较大处） ② 裂纹尖端在切应力作用下，反复扩 展，直至产生疲劳裂纹。 2 、断裂面：① 光滑区（疲劳发展区） ② 粗糙区（脆性断裂区）
机械设计之机械零件的疲劳强度
注意点：
1） rN ， rH 与 rN 相似
2） N 0 为循环基数，与材料有关
3） r不同，同一材料疲劳曲线不同
2. 无限寿命区 N N0
疲劳曲线为一水平线，疲劳极限不随N的增加而降低。
3.2.3 极限应力图 m a（表示材料在不同的循环特性
下不同的疲劳极限）
是根据光滑小试件的试验结果绘制的。试验是在不同循环特 性(r =-1～＋１)和相同循环次数（等寿命）的条件下进行。通 常取Ｎ０为１０７或１０６。试验结果即为材料的疲劳极限
1. 循环特性等于常数 如：轴的弯曲应力
Ｏ
循环特性相同的变应力都在同一射线上
tg a 1 r const m 1 r
r=1 tg 0 00
r=0 tg 1 450 r=-1 tg 900
零件的工作应力C（ m ， a ）， m + a = max ，C点距O愈远,
例：已知某机械零件的材料的屈服极限σs=600MPa， σ-1=300MPa，（kσ）D=1.5，m=9，ψσ=0.2，实际应力循环 为106，（取N0=107），当零件截面上的最大应力为 200MPa，最小应力为-40MPa，（1）画出零件的疲劳极 限应力图；（2）求该零件的安全系数（r=常数）
k
D
k
k
D
k
应力集中、尺寸和表面状态都只对 a有影响，而对 m影响不大
3.4 许用疲劳极限应力图
3.4.1 稳定变应力和非稳定变应力
稳定变应力， a 、 m周期不 随时间变化（单向，复合）
非稳定变应力， a 、 m周期随 时间变化 （周期性，随机性 ）
3.4.2 许用疲劳极限应力图
3.4.3 工作应力增长规律
解：
钢结构设计中的疲劳强度考虑与分析
钢结构设计中的疲劳强度考虑与分析随着现代建筑工程的发展，钢结构设计在大型建筑项目中扮演着重要的角色。
然而，在钢结构设计中，疲劳强度的考虑与分析却常常被忽略。
本文将探讨钢结构设计中的疲劳强度问题，并提供一些解决方案。
钢结构由于其高强度、轻巧和可塑性等优点而广泛应用于建筑工程中。
然而，由于其材料特性，钢结构容易受到疲劳损伤的影响。
疲劳强度是指在重复加载下材料或结构所能承受的最大应力。
如果在设计过程中未充分考虑疲劳强度，钢结构可能会因长期的重复加载而导致疲劳断裂，给工程项目带来巨大的安全隐患。
钢结构的疲劳强度问题主要包括两个方面：疲劳强度分析和疲劳寿命预测。
疲劳强度分析是通过对结构进行计算和模拟，确定其在重复荷载下的疲劳强度。
疲劳寿命预测则是根据疲劳强度分析的结果，估计结构在使用寿命内能够安全承受的荷载次数或年限。
在进行疲劳强度分析时，需要考虑材料的疲劳性能和结构的受力情况。
钢材的疲劳性能可以通过实验来确定，例如进行疲劳试验，得到应力幅-寿命曲线和疲劳极限等参数。
而结构的受力情况则需要通过有限元分析或使用计算公式等方法进行计算和模拟。
在进行疲劳强度分析时，还需要考虑荷载频率、应力集中情况和环境温度等因素的影响。
疲劳寿命预测是根据疲劳强度分析的结果来估计结构的使用寿命。
根据结构材料的疲劳性能和应力情况，可以使用各种方法来进行疲劳寿命预测，如线性累积损伤法、计数法和安全系数法等。
其中，线性累积损伤法是最常见的方法，通过考虑结构在每个荷载循环下的应力幅与疲劳极限之间的关系，计算结构的寿命。
为了提高钢结构设计中的疲劳强度，可以采取一些预防措施。
首先，需要充分考虑结构的工作环境和受力情况，避免应力集中和过载等情况。
其次，可以采用疲劳寿命优化设计，通过改变结构的几何形状和材料厚度等参数，提高结构的疲劳寿命。
此外，还可以使用疲劳增强技术，如表面处理、焊接缺陷处理和应力容限设计等，提高结构的疲劳强度。
总之，钢结构设计中的疲劳强度考虑与分析是保证工程项目安全有效的重要一环。
混凝土结构疲劳性能设计规范
混凝土结构疲劳性能设计规范一、前言疲劳是混凝土结构设计中的一个重要问题，对于混凝土结构的安全性、可靠性及使用寿命等方面都具有重要影响。
因此，混凝土结构疲劳性能设计规范是混凝土结构设计中的重要内容之一。
本规范旨在规范混凝土结构疲劳性能设计的要求，以确保混凝土结构在疲劳荷载作用下的安全性和可靠性。
二、疲劳荷载的分类疲劳荷载可分为以下两种类型：1. 高频荷载：是指荷载频率大于结构的固有频率的荷载，如车辆行驶时对桥梁的荷载。
2. 低频荷载：是指荷载频率小于结构的固有频率的荷载，如风荷载、水荷载等。
三、疲劳性能设计基础1. 疲劳极限状态设计基础：疲劳极限状态是指在一定的疲劳荷载作用下，结构出现破坏的状态。
疲劳极限状态的设计基础是疲劳极限状态下的应力水平和疲劳强度。
2. 疲劳裂缝状态设计基础：疲劳裂缝状态是指结构在一定的疲劳荷载作用下，出现裂缝扩展的状态。
疲劳裂缝状态的设计基础是疲劳裂缝的扩展速率和裂缝扩展的极限长度。
四、疲劳荷载作用下的混凝土结构设计要求1. 设计荷载应考虑疲劳荷载的影响，采用合适的疲劳荷载模型计算疲劳荷载作用下的应力。
2. 结构应满足疲劳强度要求，即在疲劳荷载作用下，结构应力不得超过疲劳强度。
3. 结构应满足疲劳裂缝的控制要求，即在疲劳荷载作用下，结构的裂缝扩展速率不得超过规定的极限值，并且裂缝扩展的极限长度不得超过规定的限值。
4. 对于疲劳荷载作用下的混凝土结构，应采用疲劳极限状态设计方法进行设计。
5. 疲劳荷载作用下的混凝土结构应采用适当的材料，材料的强度应符合规定要求，并应遵循混凝土结构设计规范中的相关要求。
五、疲劳性能设计的计算方法1. 疲劳荷载作用下的混凝土结构的疲劳强度计算方法：疲劳强度= Kf × σf其中，Kf为疲劳强度系数，σf为疲劳极限应力。
2. 疲劳荷载作用下的混凝土结构的裂缝扩展速率计算方法：裂缝扩展速率= C × ΔKα其中，C为裂缝扩展速率系数，ΔK为应力强度因子范围，α为裂缝尖端的形状系数。
IWE动载焊接结构的强度及其设计(工程师-2)
2 焊接接头和结构的疲劳强度 IWS-3/3.9-7/18
（四）缺陷的影响
焊接缺陷对疲劳强度的影响大小与缺陷的种类、 尺寸、方向和位置有关。
1、缺陷形状：片状缺陷（如裂缝、未熔合、 未焊透）比带圆角的缺陷（如气孔等）影响大。
2、缺陷位置：表面缺陷比内部缺陷影响大。
3、缺陷受力方向与作用力方向垂直的片状缺 陷的影响比其它方向的大。
结构可以承受应力循环次数取决于：公称应
力范围及特定结构构件的细节类型。具体地讲 可以解析地以下式表示 ： （用于强度低于 700Mpa的材料）
3 动载焊接结构的设计
IWS-3/3.9-12/18
R
rm
rs s
下式，中以：应力Δσ范R 围---定本义规的范疲中劳给强出度的（在如给图定1应8所力示循）环。次数
3、调整残余应力场，消除接头的应力集中处 的残余压应力均可以提高接头的疲劳强度，其 方法可以分为两类：
（1）结构和元件的整体处理，包括整体退火 或超载予拉伸法；
2 焊接接头和结构的疲劳强度 IWES--3T//33.9.3--71/1/829
（2）对接头部位局部处理，即在接头某部位采用 加热、辗压、局部爆炸等方法，使接头应力集中 处产生残余压应力。
3 动载焊接结构的设计
IWES--3T//33.9.3--191//2198
（二）欧洲钢结构协会（ECCS）的钢结构疲 劳设计规范
本规范为承受疲劳载荷钢结构的评估、制造、
检查和维修，提供了系统的原理和方法，该文 稿受到在相关领域工作的大多数国际组织的审 核，并已作为 “第三本欧洲规 范”“Eurocode3”钢结构设计一书第九章“疲 劳”的基本资料。
3 动载焊接结构的设计
IWS-3/3.9-8/18
浅谈机械零件的疲劳强度
网络教育学院本科生毕业论文（设计）题目：浅谈机械零件的疲劳强度学习中心：层次：专科起点本科专业：机械设计制造及其自动化年级：年季学号：学生：指导教师：完成日期：年月日内容摘要本文以机械零件的疲劳强度计算方法为切入点，首先阐述零件在工作中变应力的分类和变应力的参数，然后推导出变应力计算公式，进而讨论影响疲劳强度的因素以及提高疲劳强度的解决措施，最后介绍了疲劳强度在各领域中的应用。
关键词：疲劳强度；变应力；复合应力；可靠性目录内容摘要 (I)引言 (1)1 变应力的分类 (2)2 变应力参数 (3)3 疲劳曲线 (4)4 影响疲劳强度的因素 (5)4.1应力集中的影响 (5)4.2尺寸与形状的影响 (9)4.3表面质量的影响 (9)4.4表面强化的影响 (9)4.4其他因素的影响 (10)5 提高疲劳强度的解决措施 (11)5.1提高构件表面质量 (11)5.2提高构件表面强度 (11)5.3豪克能技术 (11)6 疲劳强度在各领域的应用以及前景展望 (12)6.1 疲劳强度在机械零件中的应用 (12)6.2 疲劳强度在航空航天领域的应用 (12)6.3前景展望 (13)结论 (15)参考文献 (16)引言通用机械零件的强度分为静应力和变应力强度范畴。
根据设计经验及材料的特性，通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均可按静应力强度进行设计。
本论文以下主要讨论零件在变应力下的疲劳、影响疲劳强度因素、疲劳强度计算等问题。
1954 年，世界上第一款商业客机de Havilland Comet 接连发生了两起坠毁事故，这使得“金属疲劳”一词出现在新闻头条中，引起公众持久的关注。
这种飞机也是第一批使用增压舱的飞行器，采用的是方形窗口。
增压效应和循环飞行载荷的联合作用导致窗角出现裂纹，随着时间的推移，这些裂纹逐渐变宽，最后导致机舱解体。
Comet 空难夺去了68 人的生命，这场悲剧无时无刻不在提醒着工程师创建安全、坚固的设计。
混凝土结构疲劳设计规范
混凝土结构疲劳设计规范一、引言混凝土结构疲劳是指在重复荷载作用下，材料内部发生的微小变形和应力变化，进而导致结构的破坏。
疲劳破坏常常是突然发生的，且难以预测，因此设计阶段的疲劳分析和设计至关重要。
本文旨在介绍混凝土结构疲劳设计规范，以帮助工程师更好地进行疲劳设计。
二、疲劳分析基础1. 疲劳寿命：疲劳寿命是指结构在不同荷载作用下，能够承受的循环荷载次数的数量。
根据循环荷载次数的不同，可以将疲劳寿命分为低周疲劳寿命和高周疲劳寿命。
2. 疲劳极限：疲劳极限是指结构在不同荷载作用下，能够承受的最大循环荷载幅值。
当荷载幅值超过疲劳极限时，结构会发生疲劳破坏。
3. 疲劳强度：疲劳强度是指结构在一定循环荷载次数下，能够承受的最大循环荷载幅值。
疲劳强度与疲劳极限密切相关。
三、疲劳设计方法1. 等效荷载法：等效荷载法是将实际荷载转化为等效荷载，然后进行强度计算。
等效荷载法的基本原则是在同一循环荷载次数下，等效荷载所引起的应力应与实际荷载所引起的应力相等。
等效荷载的计算公式如下：Pe = k × P × (Nf)α其中，Pe为等效荷载；P为实际荷载；Nf为循环次数；k和α为经验系数。
2. 应力范围法：应力范围法是将实际荷载分解成最大应力和最小应力，然后通过应力范围计算结构的疲劳寿命。
应力范围的计算公式如下：Δσ = σmax - σmin其中，Δσ为应力范围；σmax和σmin为最大应力和最小应力。
3. 形状因素法：形状因素法是根据结构的几何形状和尺寸，计算结构的疲劳寿命。
形状因素法的基本原理是结构的几何形状和尺寸会影响结构的应力分布和应力集中程度，从而影响结构的疲劳寿命。
四、疲劳设计参数1. 材料参数：混凝土结构疲劳设计中需要考虑的材料参数包括混凝土的强度、弹性模量、泊松比等。
2. 荷载参数：混凝土结构疲劳设计中需要考虑的荷载参数包括荷载类型、荷载幅值、荷载频率等。
3. 结构参数：混凝土结构疲劳设计中需要考虑的结构参数包括结构的几何形状、尺寸、构造方式等。
焊接结构抗疲劳设计
焊接结构抗疲劳设计
焊接结构的抗疲劳设计是为了确保焊接结构在长时间使用中不会发生疲劳损伤，提高其使用寿命和安全性。
以下是一些常用的抗疲劳设计原则：
1. 选择合适的焊接材料：焊接材料的选择应考虑其强度、耐腐蚀性和疲劳性能。
常用的焊接材料包括碳钢、不锈钢和铝合金等。
2. 合理设计焊缝形状和尺寸：焊缝的形状和尺寸应根据受力情况和材料强度进行合理设计。
焊缝的过度加大、缩小或不连续会导致应力集中，增加疲劳损伤的风险。
3. 控制焊接质量：焊接过程中应控制好焊接温度、焊接速度和焊接夹角等参数，保证焊接质量。
焊接缺陷如焊孔、气孔和裂纹等会降低焊接结构的疲劳强度。
4. 增加结构强度：可以通过增加结构的截面尺寸、壁厚或使用加强件来提高结构的强度，减少应力集中和疲劳损伤的可能性。
5. 使用适当的焊接工艺：选择合适的焊接方法和焊接工艺参数，如手工弧焊、气体保护焊和激光焊等，以确保焊接接头的质量和疲劳强度。
6. 进行适当的焊后热处理：一些焊接结构可以通过焊后热处理来改善其疲劳性能。
常见的热处理方法包括退火、正火和淬火等。
7. 进行适当的应力分析和寿命评估：通过有限元分析等方法对焊接结构的应力分布进行评估，并根据预测的寿命来确定结构的设计寿命，以避免过早疲劳失效。
总之，抗疲劳设计需要综合考虑焊接材料、焊接质量、结构强度和焊接工艺等因素，以确保焊接结构在长时间使用中具有足够的抗疲劳性能。
混凝土结构疲劳性能设计规范
混凝土结构疲劳性能设计规范一、前言疲劳是混凝土结构设计中的一个重要问题，它是由于交替荷载作用下的应力循环引起的结构破坏。
本文将从疲劳强度、疲劳裂缝控制、疲劳寿命等方面进行混凝土结构疲劳性能设计的规范。
二、疲劳强度设计在混凝土结构疲劳性能设计中，疲劳强度是一个重要的参数。
在疲劳荷载作用下，混凝土的疲劳强度会降低，因此需要对其进行考虑。
通常情况下，混凝土的疲劳强度可以通过试验获得，但由于试验方法的复杂性，一般采用经验公式计算。
根据经验公式，混凝土疲劳强度可以表示为以下公式：f'f = k1k2k3f'c其中，f'f为混凝土的疲劳强度，k1、k2、k3为经验系数，f'c为混凝土的抗压强度。
三、疲劳裂缝控制疲劳裂缝是混凝土结构疲劳破坏的主要形式，因此疲劳裂缝的控制对于混凝土结构疲劳性能设计来说非常重要。
在混凝土结构设计中，通常采用以下方法来控制疲劳裂缝：1. 增加截面尺寸：通过增加截面尺寸来增加结构的刚度，减小结构的变形，从而减小疲劳裂缝的产生。
2. 加强钢筋的布置：通过增加钢筋的数量和布置，增加结构的刚度，从而减小结构的变形，减小疲劳裂缝的产生。
3. 增加混凝土的强度：通过增加混凝土的强度来增加结构的刚度，减小结构的变形，从而减小疲劳裂缝的产生。
4. 控制应力幅值：通过控制应力幅值，减小结构的变形，从而减小疲劳裂缝的产生。
四、疲劳寿命设计在混凝土结构疲劳性能设计中，疲劳寿命是一个重要的参数。
疲劳寿命是指结构在疲劳荷载作用下能够承受的循环次数，也可以表示为结构的使用年限。
疲劳寿命的计算需要考虑以下因素：1. 荷载的类型和大小：疲劳寿命的计算需要考虑荷载的类型和大小，不同类型和大小的荷载对结构的影响不同。
2. 结构的几何形状和尺寸：结构的几何形状和尺寸会影响结构的刚度和变形，从而影响结构的疲劳寿命。
3. 材料的性质：材料的性质包括混凝土的抗压强度、弹性模量、疲劳强度等，这些参数会影响结构的疲劳寿命。
第8章疲劳强度可靠性设计
可靠性相关概念
❖ 可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能 力。
❖ 维修性：在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完 成维修的能力。
❖ 广义可靠性：可维修产品的可靠性。狭义可靠性+维修性 ❖ 故障和失效：产品不能完成其规定功能的状态。一般认为故障是可
修复的，失效则是不能修复的。 ❖ 可靠度：产品在规定条件下、规定时间内，完成规定功能的概率。
2. 不可靠度（失效概率，故障率，破坏概率）
➢ 定义：产品在规定条件下和规定时间内，不能完成规定功能的概率。一 般用字母“F”或失效概率函数F(t)表示。
➢ 不可靠度也是累计分布函数，表示在规定的使用条件和规定时间内，发 生故障的产品占全部工作产品的百分率，因此其取值范围是: 0<=F(t)<=1
机械强度与可靠性
西南交通大学电子讲义
第8章 疲劳强度可靠性设计
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量产品质量的三个指标
❖ 性能指标:产品具有的技术指标, 代表产品的使用价值. ❖ 可靠性指标:保证产品质量的指标. ❖ 维修性指标:反映产品维修难易程度的指标.
➢ 研究的问题较多集中于针对电器产品； ➢ 确定可靠性工作的规范、大纲和标准； ➢ 组织学术交流等。
❖ 在上世纪60年代后期，美国约40％的大学设置了可靠性工程课程。 目前美国等发达国家的可靠性工作比较成熟，其标志性的成果是阿波 罗登月计划的成功。
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
工学提高疲劳强度的结构设计准则-删减螺栓部分
游戏机活塞杆弯曲疲劳失效
图为大型游戏机——探空飞梭的座椅及其锁紧机构。
3s内座椅可以上升30~50m,然 后靠弹性绳索牵引及重力作用,上 下运动,逐渐衰减。
在椅上装有安全杠压在游戏者前 面。安全杠可以绕A轴转动,抬起 时游戏者可以进入或离开座椅,坐 定后放下安全杠。
游戏机活塞杆弯曲疲劳失效
在安全杠起落时其外端B处推动活塞 杆在液压缸中上下运动。用电磁阀 控制联系液压缸两端油路的开闭。
有效应力集中系数
受弯曲比受扭对应力集中更敏感。
当r=(D-d)/2时,不同D/d值时的弯曲有效应力集中 系数kσ及受扭应力集中系数kτ,见图a和图b。
不同的圆角过渡形式
上图列举了七种圆弧过渡形式。
不同的圆角过渡形式
当过渡部分的轴向长度不受限制时,可用如图a的直 线或大圆弧形式。 当过渡部分的长度l≥1.6d时,就不存在应力集中了。
ca
1.3Q
4
d12
[ ]
Q
F
QP
QP
F
QP
F
Kc
QP
F
Cb Cb Cm
合理配置螺栓连接刚度以提高其疲 劳强度(见机械设计)
在具有预紧力的螺栓连接中,如果工作载荷是脉动的, 则螺栓和被连接件(以下简称凸缘)所受的拉力和压力都 是非对称循环变化的。
螺栓与凸缘的刚度(实为二者的相对刚度)和连接的预 紧力与工作载荷的比值,决定了螺栓和凸缘所受载荷 的波动程度。
油路开通时,活塞在液压缸中可以上 下自由移动,安全杠可以自由开闭。
游戏者坐定,放下安全杠以后,关闭 油路,活塞不能移动,安全杠不能抬 起,可以保证游戏者的安全。
活塞杆若断裂则安全杠失去约束,会发生事故。
游戏机活塞杆弯曲疲劳失效
齿轮静强度和疲劳强度
齿轮静强度和疲劳强度
齿轮的静强度和疲劳强度是齿轮设计中至关重要的两个方面。
齿轮静强度是指齿轮在静止或运动状态下，承受外部载荷而不发生塑性变形或断裂的能力。
而齿轮疲劳强度则是指齿轮在反复变形和应力作用下，仍能保持其完整性及可靠性的能力。
在齿轮设计过程中，静强度和疲劳强度的计算与分析是关键步骤。
以下将详细讨论齿轮静强度和疲劳强度的影响因素、计算方法以及设计原则。
一、齿轮静强度
1.影响因素：齿轮的静强度主要受齿轮材料、齿轮尺寸、载荷状况、齿轮精度等级等因素的影响。
2.计算方法：齿轮静强度计算主要包括齿轮的弯曲强度、接触强度和齿根疲劳强度等方面的校核。
3.设计原则：在设计过程中，应根据齿轮的用途、工作条件以及材料性能等因素，合理选择齿轮的模数、齿数、齿宽等参数，以满足齿轮的静强度要求。
二、齿轮疲劳强度
1.影响因素：齿轮疲劳强度主要受齿轮材料、齿轮尺寸、载荷状况、齿轮精度等级以及工作环境等因素的影响。
2.计算方法：齿轮疲劳强度计算主要包括齿轮的接触疲劳强度和
弯曲疲劳强度等方面的校核。
在计算过程中，需要根据齿轮的材料、硬度、载荷谱等信息，选取合适的接触疲劳寿命系数和载荷系数等参数。
3.设计原则：在设计过程中，应根据齿轮的用途、工作条件以及材料性能等因素，合理选择齿轮的模数、齿数、齿宽等参数，以满足齿轮的疲劳强度要求。
同时，应注意优化齿轮的载荷分布，降低齿面接触应力集中程度，以提高齿轮的疲劳寿命。
总之，齿轮的静强度和疲劳强度是齿轮设计中需要重点关注的内容。
在设计过程中，应充分考虑各种影响因素，采用合理的设计方法和原则，以确保齿轮在使用过程中具有较高的强度和可靠性。
混凝土结构的疲劳性能设计原理
混凝土结构的疲劳性能设计原理一、引言混凝土结构作为一种重要的建筑材料，在工程中得到了广泛的应用。
由于其具有高强度、高耐久性、易施工等优点，混凝土结构在建筑工程中是不可替代的。
然而，随着工程使用年限的增长，混凝土结构的疲劳性能会逐渐下降，从而影响其使用寿命和安全性。
因此，混凝土结构的疲劳性能设计是非常重要的。
本文将从混凝土结构的疲劳理论、疲劳荷载、疲劳寿命、疲劳裂缝的形成与扩展等方面探讨混凝土结构的疲劳性能设计原理。
二、混凝土结构的疲劳理论混凝土结构在长期受到交变荷载作用后，会逐渐出现疲劳现象。
疲劳是指材料在交变载荷作用下，由于应力的变化而产生的损伤和变形。
混凝土结构的疲劳现象主要表现为疲劳裂缝的形成和扩展。
因此，混凝土结构的疲劳性能设计应考虑疲劳裂缝的形成和扩展规律。
疲劳裂缝的形成和扩展是由于混凝土结构在交变荷载作用下，出现了应力集中和变形集中现象。
在应力集中区域，混凝土的应力会超过其极限抗拉强度，从而导致疲劳裂缝的形成。
随着交变荷载的不断作用，疲劳裂缝会逐渐扩展并最终导致结构破坏。
三、混凝土结构的疲劳荷载混凝土结构的疲劳荷载是指在一定的时间内，结构所能承受的交变荷载。
在实际工程中，混凝土结构的疲劳荷载主要由以下因素决定：1.结构的几何形状和尺寸：结构的几何形状和尺寸会影响结构的应力分布情况，从而影响结构的疲劳荷载。
2.结构的材料和质量：结构的材料和质量会影响结构的强度和耐久性，从而影响结构的疲劳荷载。
3.结构的荷载历史：结构的荷载历史会影响结构的疲劳荷载，长期作用于结构上的荷载会导致结构的疲劳破坏。
4.结构的工作环境：结构的工作环境会影响结构的疲劳荷载，如气候、温度、湿度等因素会影响结构的疲劳荷载。
四、混凝土结构的疲劳寿命混凝土结构的疲劳寿命是指结构在规定的疲劳荷载下，能够承受的荷载次数。
混凝土结构的疲劳寿命与结构的材料、结构的几何形状和尺寸、结构的荷载历史、结构的工作环境等因素有关。
在实际工程中，混凝土结构的疲劳寿命需要进行疲劳试验进行验证。
混凝土结构疲劳设计规范
混凝土结构疲劳设计规范一、前言混凝土结构疲劳设计规范，是指针对混凝土结构在长期使用过程中，由于反复荷载作用而引起的疲劳现象，制定出的一些具体的技术规程。
该规范的制定旨在保障混凝土结构的使用寿命和安全性，减少疲劳导致的损坏和事故发生，同时提高混凝土结构的经济效益和可持续性发展。
二、设计依据1. 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）2. 建筑结构荷载规范（GB50009-2012）3. 混凝土结构抗震设计规范（GB50011-2010）4. 钢筋混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）5. 预应力混凝土结构技术规程（JGJ134-2010）三、设计要求1. 确定疲劳荷载系数疲劳荷载系数是指在混凝土结构的设计中，为考虑疲劳荷载的影响而引入的一个系数。
其计算公式为：k_f = f_c * f_s * f_t * f_w，其中，f_c、f_s、f_t、f_w分别为混凝土抗压强度、钢筋抗拉强度、混凝土的疲劳强度、荷载的作用次数等系数。
2. 确定疲劳极限状态疲劳极限状态是指在混凝土结构的使用过程中，由于反复荷载作用而引起的结构疲劳破坏。
设计中必须考虑到疲劳极限状态的影响。
3. 确定疲劳荷载标准值疲劳荷载标准值是指在混凝土结构的设计中，为保证结构的疲劳安全而规定的荷载标准值。
其计算公式为：Q_f = k_f * Q_d，其中，Q_d 为设计荷载。
4. 确定疲劳应力范围疲劳应力范围是指在结构的使用过程中，由于反复荷载作用而引起的应力变化范围。
设计中必须考虑到疲劳应力范围的影响。
5. 确定疲劳寿命疲劳寿命是指在混凝土结构的使用过程中，由于反复荷载作用而引起的结构疲劳破坏所需要的时间。
四、设计方法1. 疲劳荷载计算在混凝土结构的设计中，必须考虑到反复荷载的作用，计算出疲劳荷载标准值。
计算方法如下：（1）计算荷载系数k_fk_f = f_c * f_s * f_t * f_w其中，f_c、f_s、f_t、f_w分别为混凝土抗压强度、钢筋抗拉强度、混凝土的疲劳强度、荷载的作用次数等系数。
疲劳强度设计方法研究
疲劳强度设计方法研究摘要疲劳强度是当前机械产品的主要失效形式，在机械强度设计中占有重要的位置。
正确地应用疲劳理论于强度设计上，可以得到合理的设计，包括选材、结构尺寸及加工工艺等，或根据工况及给定的零部件估算其寿命。
木文从疲劳断裂的过程出发，通过对疲劳强度三种思路的分析，介绍了相应疲劳强度设计及寿命估算的三种方法。
关键词：疲劳强度，寿命估算，疲劳设计，s-N曲线1.引言所谓疲劳，是指材料或构件在长期的循环变应力作用下的失效现象，也称疲劳破坏。
当循环变应力远小于强度极限时，经过一定的循环周次，也能使构件发生疲劳破坏。
疲劳破坏是机械工程中常见的失效形式。
近数十年来，疲劳破坏危及各个领域，飞机由于疲劳破坏而造成机毁人亡的灾难性事故；二次世界大战期间有上万艘焊接船舶、几十座焊接桥梁毁于疲劳破坏；对于车轴、车轨以及机架，曲轴，齿轮、螺栓联接等的疲劳破坏事故更是屡见不鲜。
据统计，现代工业中零部件的失效80%是由于疲劳引起的。
因此，疲劳问题引起了人们的极大关注。
对在循环变应力作用下的构件，以往的机械设计常常采用静强度设计，靠选取较大的安全系数来保证其使用的可靠性。
而实际上是在变载荷作用下的构件由于强度储备大，在按静强度设计有时会将疲劳问题暂时掩盖起来。
随着近代机械向高速、高温、大功率和轻重量的方向发展，对机械产品的零构件采用合理的疲劳设计，是提高设计水平、保证产品质量和提升经济效益的一个重要环节。
2. 疲劳断裂的形成现行的疲劳设计思想与疲劳断裂的过程有关。
从疲劳断裂的破坏过程来看一般分为三个阶段：(1)裂纹萌生阶段，或称裂纹成核或形成阶段由于观察仪器的精密度和分辨率不同，所能观察到的裂纹长度也不同,那末对裂纹萌生的定义也不一样。
工程上一般规定初始裂纹尺寸％=0. Olmm-O. 2mm （也有规定％=0. Olmm-O. 5mm,深为0. 15mm的表面裂纹）。
把形成a。
所需的循环周数称为疲劳裂纹形成寿命或无裂纹寿命，用叫表示。
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疲劳强度设计原则
1)承受拉伸、弯曲和扭转的构件应采用长而圆滑的过渡结构以减少刚度的突然变化。
2)优先选用对接焊缝、单边V形焊缝和K形焊缝，尽可能不用角焊缝。
3)采用角焊缝时最好用双面焊缝，避免使用单面焊缝。
4)采用带有搭接板（盖板）的搭接接头和弯搭接接头，尽可能不用偏心搭接。
5)使焊缝位于低应力区，使缺口效应分散而避免其叠加。
6)在焊趾缺口、焊缝根部缺口和焊缝端面缺口之前或之后设置一些缓冲缺口以消除或降低上述缺口部位的应力。
7)承受横向弯曲的构件应缩短支撑间距以减小弯矩。
8)横向力应作用于剪切中心之上以减小扭矩。
9)承受拉伸与弯曲的构件如需加强，则加强长度应小，以减小加强对于构件变形的约束。
10)承受扭转的构件，为避免横截面翘曲受阻可采用切除翼缘端部、翼缘端部斜接等形式以及采用横截面不产生翘曲的型材。
11)使焊缝能包围较大面积或局部增加构件壁厚以减轻外力作用于薄壁构件上时引起的局部弯曲。
12)在薄壁范围内合理布置焊缝以减轻弯曲变形。
13)避免能扰乱力流的开口，但与力流垂直的加劲肋板角部应切除。
14)在特别危险的部位以螺栓接头或铆接接头、锻造连接件或铸造连接件代替焊接接头。
15)消除能引起腐蚀的根部间隙。