钢材的疲劳-常幅疲劳

7
0.65×1012
8
0.41×1012
4
4
3
3
3
3
3
3
国内外试验证明，除了个别在疲劳计算中不起控制作用类别的疲劳强度有随钢材的 强度提高而稍有增加外，大多数焊接连接类别的疲劳强度不受钢材强度的影响。
钢材的疲劳——常幅疲劳
四、常幅疲劳验算 疲劳计算采用容许应力幅法，按弹性状态计算应力进行计算。计算只适用于无高 温（ t≤150℃）、无严重腐蚀环境中的高周低应变的疲劳计算（应力循环次数
（2）考虑到试验的离散性，取平均值减去两倍 lgn 的标准差（ 2s ）作为疲劳强度的下限值，图 中蓝色虚线所示。该虚线上的应力幅定义为对应 于某疲劳寿命的容许应力幅。
lg Ds
0
lg n
lg C
lg n
钢材的疲劳——常幅疲劳
三、常幅疲劳 3.容许应力幅[Δσ]的定义 （3）如果lgn符合正态分布，则构件或连接的疲劳强度的保证率为97.7％。
钢材的疲劳——常幅疲劳
钢材的疲劳——常幅疲劳
一、疲劳破坏的特征 定义：钢材在循环荷载作用下，应力虽然低于极限强度，甚至低于屈服强度，但 仍然会发生断裂破坏，这种破坏形式就称为疲劳破坏。
破坏过程：裂纹的形成----裂纹的扩展----最后的迅速断裂而破坏
破坏特点： （1）疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服强度，钢材的塑性还没有展开，属于脆性破 坏。 （2）疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的断口不同。一般脆性破坏后的断口平直，呈
n≥5×104)。
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[Ds](N/mm2)（对数尺） β ＝4 1
1 β ＝3
n（对数尺）
疲劳容许应力幅[Ds]与应力循环次数n的关系曲线
钢材的疲劳——常幅疲劳
四、常幅疲劳验算 参数Ｃ和的取值
构件和连接类别
Ｃ β
1
1940×1012
2
861×1012
3
3.26×1012
4
2.18×1012
5
1.47×1012
6
0.96×1012
（2）当应力幅值减小到一定程度时，应力循环次数趋向无穷大。
Ds
fy
Ds 1 Ds 2
Ds
b
0
n1
1
2
n2
3
4
5
6
NX105
钢材的疲劳——常幅疲劳
三、常幅疲劳 3.容许应力幅[Δσ]的定义 （1）应力幅－循环次数（红色实线所示）关系
lgDs
.
1 . .. . . .. . S S . ..
b1
曲线为试验回归曲线，反应了平均值之间的关系。
钢材的疲劳——常幅疲劳
三、常幅疲劳 1.非焊接结构的疲劳 大量试验研究表明，疲劳强度除于主体金属和连接类型有关外，还与循环应力比r
和循环次数n有关。
当以n=2×106为疲劳寿命时，我国《钢结构设计规范》给出了验算以拉应力为主 的疲劳计算公式
sm a x s p
s s 1 - k
有光泽的晶粒状或人字纹。而疲劳破坏的主要断口特征是放射和年轮状花纹。
（3）疲劳对缺陷十分敏感。
钢材的疲劳——常幅疲劳
二、引起疲劳破坏交变荷载的两种类型 常幅交变荷载----常幅应力----常幅疲劳 变幅交变荷载----变幅应力----变幅疲劳 应力比（）
循环应力中绝对值最小的峰值应力smin与绝对值最大的峰值应力smax之比。= smin
p p 0
钢材的疲劳——常幅疲劳
三、常幅疲劳 2. 焊接结构的疲劳 通过大量试验研究表明，控制焊接结构疲劳寿命最主要的因素是构件和连接的类
型、应力幅Δσ以及循环次数n，而与应力比无关。
焊缝部位存在残余拉应力，通常达到钢材的屈服点fy ，该处是产生和发展疲劳裂 纹最敏感的区域。
钢材的疲劳——常幅疲劳
三、常幅疲劳 2. 焊接结构的疲劳
f
y
y
f
y
最大：
最小：
s m a x
f
f
y
f
y
Ds
f s
y
m a x
s
m i n

真实应力比：

f y Ds fy
f
f
y
y
f
y
残余应力的分布
焊缝附近真实应力比的大小取决于应力幅Ds的大小
钢材的疲劳——常幅疲劳
三、常幅疲劳 3.应力幅Δσ与应力循环次数n（疲劳寿命）的关系 （1）应力幅值越低，应力循环次数就越多，疲劳寿命也越高。
（4）容许应力幅的表达式[Δσ]可通过两个相似三角形求出：
C [Ds ] N
到。
1

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（5）式中：系数β、C根据《钢结构设计规范-疲劳计算的构件和连接分类》 查表得
（6）容许应力幅与钢材的强度无关，这表明不同种类的钢材具有相同的抗疲劳性能。
钢材的疲劳——常幅疲劳
四、常幅疲劳验算 规范将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高低归并划分为 8 个疲劳计算类别，并对每个类别规定了相应的参数取值。
/smax(拉应力取正号而压应力取负号) 应力幅（Ds） Ds=smax-smin，此处smax为最大拉应力，取正值，smin为最小拉应力或压应力。（拉应 力取正号而压应力取负号） 应力循环次数（n，疲劳寿命） 结构或构件破坏时所经历的应力变化次数。
钢材的疲劳——常幅疲劳
三、常幅疲劳 当应力循环内的应力幅保持常量时，称为常幅疲劳。