《焊接结构学(第2版)》教学课件-第6章

tga a 1 r m 1 r
图6-8 用σα和σm表Βιβλιοθήκη 的疲劳图2020/10/22
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4.用σmax和σmin表示的疲劳图即Goodman疲劳强度图
tg max 1 min r
图6-9 用σmax和σmin表示的疲劳图
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疲劳图应用举例
图6-10为一实例。该钢种的静载强度为588MPa（A点）。200万次脉动循 环的疲劳强度为304MPa (B点)。而其交变载荷 的疲劳强度为196MPa (C 点)。对于 的疲劳强度，根据ADB线的交点即可找出，为411.6MPa（D点） 等。同样在该图上也可找出n=100万次的各种循环特性的疲劳强度值。
Δσ ≤ [Δσ]
[Δσ]—常幅疲劳的容许应力幅（N/mm2），应按下式计算：
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6.2 疲劳试验及疲劳图
6.2.1 疲劳载荷及其表示法 max
min
m
max
min 2
a
max
min
2
r min max
图6-2 疲劳试验中的载荷参数
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图6-3 疲劳试验中的载荷范围
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6.2.2基础疲劳试验及疲劳曲线
图6-18 不同缺口效应时结构钢的S-N曲线 （已作偏于安全的近似）
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6.3 疲劳断裂的物理过程和断口特征
疲劳断裂过程可简单划分为三个阶段：一、裂纹萌生；二、裂纹稳定扩展； 三、快速失稳断裂。
在焊接接头中，产生疲劳裂纹一般要比其它联接型式的循环次数少。这是 因为焊接接头中不仅有应力集中（如角焊缝的焊趾处），而且这些部位易 产生焊接接头缺陷，残余焊接应力也比较高。
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6.2.4 各类参数对疲劳强度的影响
（4）应力性质的影响 ：应力特性对疲劳强度的影响亦很大，在全部承载应 力范围内（疲劳载荷从抗压强度σbc直至抗拉强度σb）的疲劳强度有很大不同。
图6-16 铸铁在全部应力范围内的疲劳强度
图6-17 结构钢的疲劳强度（疲劳极限）—— 按统计分析作出的线性曲线 a）疲劳强度图 b）S-N曲线
图6图-163-1S3mSitmh疲ith劳疲强劳度强图度图
图6-14 Goodman疲劳强度图
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6.2.4 各类参数对疲劳强度的影响
（3）循环次数的影响 ：对应不同的疲劳破坏循环次数，疲 劳强度有很大不同 。
图6-15 Moore，Kommers疲劳强度图
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图6-4 结构钢St37的S-N曲线 a）循环次数采用线形坐标 b）循环次数采用对数坐标
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a）钢铁材料
图6-5 两种类型疲劳曲线 b）部分有色金属材料（如铝合金等）
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6.2.3疲劳强度的常用表示法-疲劳图
为了表达疲劳强度和循环特性之间的关系，应当绘出疲劳图。 1、用σmax和r表示的疲劳图即Moore，Kommers疲劳强度图。它能 直接的将σmax与r的关系表示出来。
宏观特征：从断裂开始点向四周射出类似贝壳纹的疲劳纹。疲劳裂纹从焊 趾向外辐射，经过扇形区域的稳定扩展，最后造成构件瞬断。
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各种类型的疲劳的断口形态示意图：表征了载荷类型、 应力大小和应力集中等因素对断口形态的影响。
表6-1 各种类型的疲劳断口形态示意图
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图6-11 表面状况对疲劳强度的影响
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6.2.4 各类参数对疲劳强度的影响
（3）循环次数的影响 ：对应不同的疲劳破坏循环次数，疲劳强 度有很大不同 。
图6-12 Haight疲劳强度图
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6.2.4 各类参数对疲劳强度的影响
（3）循环次数的影响 ：对应不同的疲劳破坏循环次数，疲劳强 度有很大不同 。
焊接结构学
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第6章
焊接结构的 疲劳强度
第6章 焊接结构的疲劳强度
6.1 材料及结构疲劳失效的特征
➢ 材料及结构疲劳失效第一个特征： 疲劳断裂形式与脆性断裂形式有 明显差别。
➢ 材料及结构疲劳失效第二个特征： 疲劳强度难以准确定量确定。
➢ 材料及结构疲劳失效第三个特征 表现为：疲劳破坏一般从表面和 应力集中处开始，而焊接结构的 疲劳又往往是从焊接接头处产生。
疲劳断口的微观特征和断裂机理
图6-20 疲劳裂纹扩展的辉纹
图6-21 疲劳裂纹的扩展过程 a) 无载荷 b) 小的拉伸载荷 c) 最大拉伸载荷 d)小的压缩载荷 e) 最大压缩载荷 f)小的拉伸载荷 应力轴沿垂线方向
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6.4 焊接接头的疲劳强度计算标准
疲劳设计计算采用容许应力幅法，应力按弹性状态计算，容许应力幅按 构件和连接类别以及应力循环次数确定，在应力循环中不出现拉应力的 部位可不计算疲劳。对常幅（所有应力循环内的应力幅保持常量）疲劳， 应按下式进行计算：
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6.2.4 各类参数对疲劳强度的影响
（1）材料的影响 ：同材料的疲劳强度不同，钢材和轻金属的条件疲劳极限 （断裂循环次数N0=2×106）由无缺口的抛光试件在乌勒疲劳试验中得到，其 值与材料的抗拉强度 有关。
（2）表面状况的影响 试件的表面状况对疲劳强度有相当大的影响，因为疲劳 损伤通常是从表面开始的，表面粗糙度对疲劳强度的影响可用表面系数k*来表 示，
图6-6 用σmax和r表示的疲劳图
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2、用σmax和σm表示的疲劳图即Smith疲劳强度图
tg max 2 max 2 m max min 1 r
图6-7 用σmax和σm表示的疲劳图
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3、用σa和σm表示的疲劳图即Haigh疲劳强度图 r a m
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6.2.4 各类参数对疲劳强度的影响
（5）缺口效应的影响 ：试件或结构的缺口状况对其疲劳强度有显著的影响， 承受疲劳载荷时缺口顶端的应力集中自始至终影响着疲劳强度，在有尖锐缺口 和裂纹时，条件疲劳极限范围内会出现一种可限制缺口应力集中效应的弹性约 束效应（微观结构约束效应），而有限寿命疲劳强度范围内会因缺口顶端的塑 性变形而产生一种附加的约束效应（宏观结构约束效应）。