2.5钢材的疲劳.doc

2.5钢材的疲劳（本节均为高周疲劳）

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2.5.1疲劳破坏的特征 • 疲劳的概念 钢材料在循环荷载作用下，当循环数达到某一定值时，钢材发生破坏的现象叫做钢材的疲劳；疲劳属于脆性破坏。 • 引起疲劳的交变荷载 • 变幅交变荷载 ——变幅循环应力——变幅疲劳——吊车桥、钢桥 • 常幅交变荷载 ——常幅循环应力——常幅疲劳——转动的机械零件 • 疲劳破坏的特征 • 属于脆性断裂 疲劳破坏具有突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂。但与一般的脆性断裂不同，疲劳是在名义应力低于屈服点的低应力循环下，经历了长期的累计损伤过程后才突然发生的。 • 端口分为三个区域 • 裂纹源 • 裂纹扩展区 • 断裂区 • 疲劳对缺陷十分敏感 缺陷部位应力集中会加快疲劳破坏的裂纹萌生和扩展。 • 2.5.2常幅疲劳

• 非焊接结构的疲劳（控制因素：应力比、循环次数）

采用以拉应力为主的疲劳计算公式σmax ≤[σp ], [σp ]=[σ0p

]1−kρ •

σmax 为交变荷载作用下，需验算部位的最大拉应力； •

[σp ]为与构造形式有关的以拉应力为主的疲劳容许强度； •

[σ0p ]为相应构造形式当ρ=0时的疲劳容许强度，由试验确定；

• k 为与构造形式有关的系数，由试验确定。

• 焊接结构的疲劳（控制因素：构件和连接的构造类型、应力幅 △σ=σmax-σmin ）

为什么焊接结构的疲劳和应力比无关而和应力幅有关？

焊接结构和非焊接结构的根本差别在于焊接残余应力。在焊接结构中，焊缝部位

的残余拉应力通常达到钢材的屈服点fy 。但焊接构件承受循环荷载时，当名义循环应力为拉时，因焊缝附近的残余拉应力已达到屈服点不再增加，实际拉应力保

持fy 不变；当名义循环应力减到最小时，焊缝附近的实际应力将降至fy-△σ。显然，焊缝附近真实的应力比为 ρ=f y −∆σ

f y ，而不是名义应力比。只要应力幅为常

数，不管循环荷载下的名义应力比为何值，焊缝附近的真实应力比也为常数。由

此可见，焊缝部位的疲劳寿命主要与应力幅有关。

•常幅疲劳验算

常幅疲劳的统一校核准则：∆σ≤[∆σ]

∆σ: 对焊接部位为应力幅，∆σ=σmax−σmin

对非焊接部位为折算应力幅，∆σ=σmax−0.7σmin

[∆σ]为常幅疲劳的容许应力幅，[∆σ]=(c

)1/β

n

疲劳问题采用容许应力法，进行内力计算时，应采用荷载的标准值，不再乘以动力系数

• 2.5.3变幅疲劳

•线形累积损伤准则

根据线形累积损伤准则，将变幅应力幅折算为常幅等效应力幅，然后按常幅疲劳进行校核。

•计算公式∆σe≤[∆σ]

• 2.5.4疲劳验算中一些值得注意的问题

•疲劳验算采用容许应力法

•《规范》中提出的疲劳强度是以试验为依据的

•在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳

•疲劳容许应力福与钢种无关