第6章焊接结构疲劳
焊接结构试题及参考答案
焊接结构试题及参考答案1.判断题（是画√，⾮画×，）1.焊接过程中，材料因受热的影响（但未熔化）⽽发⽣组织和⼒学性能变化的区域称为焊接热影响区。
（√）2.熔合区是焊接接头中综合性能最好的区域。
（×）3.结构刚度增⼤时，焊接残余应⼒也随之增⼤。
（√）4.为了减⼩焊接变形，焊接平⾯交叉焊缝时，应当先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝。
（√）5.承受动载的重要结构，可⽤增⼤焊缝余⾼来提⾼其疲劳强度。
（×）6.由于搭接接头不是焊接结构的理想接头，故很少采⽤。
（√）7．锰既是较好的脱氧剂，⼜是常⽤的脱硫剂，与硫化合成硫化锰，形成熔渣浮于熔池表⾯，以减少焊缝的热裂倾向。
（√）8．焊接过程中，硫易引起焊缝⾦属热裂，故⼀般规定：焊丝中的含硫量不⼤于0.040%，优质焊丝中不⼤于0.030%。
（√）9．若低碳钢含硫量过⾼，为防⽌焊接接头出现裂纹，焊前需进⾏预热，⼀般预热温度为100~150℃。
（√）10．多层焊过程中，第⼀层按规定的预热温度预热，以后各层的预热温度可敬逐层降低。
（×）11．影响焊接热循环的主要因素有：焊接热输⼊、预热和层间温度、⼯件厚度、接头形式及材料本⾝的导热性能等。
（√）12．焊接热输⼊仅与焊接电流和电弧电压有关，⽽与焊接速度⽆关。
（×）13．采⽤较⼩的焊接热输⼊，有利于减轻接头的应变脆化程度。
（√）14．可焊性试验的主要⽬的是选择适⽤于母材的焊接材料，确定合适的焊接⼯艺。
（√））15、焊接⼯艺评定主要因素变更时，不影响接接头的机械性能，则不需重新评定焊接⼯艺。
(×)16、在同⼀类别钢材中钢材的钢号变更，焊接⼯艺就要重评定。
(×)17、焊接结构的疲劳断裂通常是在焊接接头处开始产⽣。
(√)18、提⾼t形接头疲劳强度的根本措施是开坡⼝焊接和加⼯焊缝过渡区使之圆滑过渡。
(√)19、焊接热影响区的⼤⼩与焊接⼯艺参数⽆关。
（×）20、在焊接过程中，碳是⼀种良好的脱氧剂，所以焊芯中含碳量越⾼越好。
焊接结构强度的基本理论
第三章焊接结构强度的基本理论焊接结构在使用中，除结构强度不够时会导致破坏外，还有其他形式的破坏，如疲劳破坏、脆性断裂等，这些破坏也是焊接结构常见破坏形式。
本章主要介绍焊接结构疲劳破坏、脆性断裂产生的原因，以及提高疲劳强度和防止脆性断裂的主要措施。
第一节焊接结构的疲劳破坏一、疲劳的定义疲劳定义为由重复应力所引起的裂纹起始和缓慢扩展而产生的结构部件的损伤，疲劳极限是指试样受“无数次”应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值。
在承受重复载荷结构的应力集中部位，当部件所受的公称应力低于弹性极限时，就可能产生疲劳裂纹，由于疲劳裂纹发展的最后阶段——失稳扩展（断裂）是突然发生的，没有预兆，没有明显的塑性变形，难以采取预防措施，所以疲劳裂纹对结构的安全性有很大危胁。
焊接结构在交变应力或应变作用下，也会由于裂纹引发（或）扩展而发生疲劳破坏。
疲劳破坏一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳破坏又往往从焊接接头处产生。
二、影响焊接接头疲劳性能的因素焊接结构的疲劳强度,在很大程度上决定于构件中的应力集中情况,不合理的接头形式和焊接过程中产生的各种缺陷(如未焊透、咬边等)是产生应力集中的主要原因。
除此之外，焊接结构自身的一些特点，如接头性能的不均匀性，焊接残余应力等，都对焊接结构疲劳强度有影响。
1．应力集中和表面状态的影响结构上几何不连续的部位都会产生不同程度的应力集中，金属材料表面的缺口和内部的缺陷也可造成应力集中。
焊接接头本身就是一个几何不连续体，不同的接头形式和不同的焊缝形状，就有不同程度的应力集中，其中具有角焊缝的接头应力集中较为严重。
构件上缺口愈尖锐，应力集中愈严重（即应力集中系数K愈大），疲劳强度降低也愈大。
不同材料或同一材料因组织和强度不同，缺口的敏感性（或缺口效应）是不相同的。
高强度钢较低强度钢对缺口敏感，即在具有同样的缺口情况下，高强度钢的疲劳强度比低强度钢降低很多。
焊接接头中，承载焊缝的缺口效应比非承载焊缝强烈，而承载焊缝中又以垂直于焊缝轴线方向的载荷对缺口最敏感。
钢结构疲劳计算.ppt
（6－7）
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3
例 6－9 一焊接箱形钢梁，在跨中截面受到Fmin=10 kN和 Fmax =100 kN 的常幅交变荷载作用，跨中截面对其水平形心轴z
的惯性矩 Iz=68.5×10-6 m4。该梁由手工焊接而成，属4类构件，
若欲使构件在服役期限内，能承受2×106次交变荷载作用。试 校核其疲劳强度。
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（2）
设想有常幅Dse作用Sni次，使构件产生疲劳破坏，有
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（3）
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式中，Dse为等效应力幅。
8
把（2）式代入（1）式，
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得
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（4）
将（4）式代入（3）式，得
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（6－9）
式中，分子中的ni 为应力水平为Dsi 时的实际循环次数，分母 中的Sni为预期使用寿命。疲劳强度条件为
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（6－8）
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第六章完
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4
解：1. 计算跨中截面危险点（a点）的应力幅
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2. 确定[Ds ]，并校核疲劳强度
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从表中查得 C =2.18×1012，b =3，
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显然
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5
Ⅱ. 变幅疲劳（应力幅不是常量，如图）
若以最大应力幅按常幅疲劳 计算，过于保守。当应力谱已知 时，可用线性累积损伤法则，将 变幅疲劳折算成常幅疲劳。
Ds
Dsk Dsi Ds1 Nk Ni N1
各章练习答案
第一章绪论1．选择题（1）在结构设计中，失效概率P f与可靠指标β的关系为 B 。
A. P f越大，β越大，结构可靠性越差B. P f越大，β越小，结构可靠性越差C. P f越大，β越小，结构越可靠D. P f越大，β越大，结构越可靠2．填空题（1）某构件当其可靠指标 减小时，相应失效概率将随之增大。
（2）承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态。
（3）在对结构或构件进行正常使用极限状态验算时，应采用永久荷载和可变荷载的标准值。
3．简答题（1）钢结构和其他建筑材料结构相比的特点。
答：轻质高强；材性好，可靠性高；工业化程度高，工期短；有效使用空间大；运输、安装方便；可拆卸、改造，建筑垃圾少，材料可重复利用；密封性好；抗震性好；有一定耐热性，但抗火性能差；耐腐蚀性能差。
第二章钢结构的材料1．选择题（1）钢材的设计强度是根据 C 确定的。
A. 比例极限B. 弹性极限C. 屈服点D. 极限强度（2）钢结构设计中钢材的设计强度为 D 。
A. 强度标准值B. 钢材屈服点C. 强度极限值D. 钢材的强度标准值除以抗力分项系数（3）钢材是理想的 C 体。
A. 弹性B. 塑性C. 弹塑性D. 非弹性（4）钢结构中使用钢材的塑性指标，目前最主要用 D 表示。
A. 流幅B. 冲击韧性C. 可焊性D. 伸长率（5）钢材的伸长率 用来反映材料的 C 。
A. 承载能力B. 弹性变形能力C. 塑性变形能力D. 抗冲击荷载能力（6）建筑钢材的伸长率与 D 标准拉伸试件标距间长度的伸长值有关。
A. 达到屈服应力时B. 达到极限应力时C. 试件塑性变形后D. 试件断裂后（7）钢材的三项主要力学性能为 A 。
A. 抗拉强度、屈服强度、伸长率B. 抗拉强度、屈服强度、冷弯性能C. 抗拉强度、冷弯性能、伸长率D. 冷弯性能、屈服强度、伸长率（9）在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是 B 的典型特征。
焊工工艺学(第四版)第六章
6. 错边变形
错边变形 ａ) 长度方向的错边 ｂ) 厚度方向的错边
二、影响焊接残余变形的因素
1. 焊缝在结构中的位置
焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变形 ａ) 单道焊缝的钢管焊接 ｂ) T形梁的焊接
2. 焊接结构的刚度
（1）结构抵抗拉伸的刚度 主要决定于结构截面积的大小。 （2）结构抵抗弯曲的刚度 主要看结构截面的形状和尺寸大。第六章 焊接应力与变形
§ 6-1 焊接应力与变形的形成 § 6-2 焊接残余变形 § 6-3 焊接残余应力
§ 6-1 焊接应力与变形的形成
一、焊接应力与焊接变形
焊接构件由焊接而产生的内应力叫焊接应力， 焊 后残留在焊件内的焊接应力叫焊接残余应力。
物体在受到外力的作用时，会出现形状、尺寸的变 化，称为物体的变形。焊件由焊接产生的变形叫焊接 变形，焊后焊件残留的变形叫焊接残余变形。
几种梁的截面形状
（3）结构抵抗扭曲的刚度 除了决定于结构的尺寸大小外， 最主要的是结构 截面形状。 一般来说，短而粗的焊接结构， 刚度较大；细而 长的构件，抗弯刚度小。结构整体刚度总是比部件刚 度大。因此，生产中常采用整体装配后再进行焊接的 方法来减少焊接变形。
3. 焊接结构的装配及焊接顺序
工字梁的装配顺序和焊接顺序 ａ) 工字梁的结构形式 ｂ) 边装边焊顺序 ｃ) 总装后再焊接顺序
5. 热平衡法
采用热平衡法防止焊接变形
四、残余变形的矫正
1. 机械矫正法
工字梁焊后变形的机械矫正 ａ) 拱曲焊件 ｂ) 用拉紧器拉 ｃ) 用压头压 ｄ) 用千斤顶顶
2. 火焰矫正法
火焰矫正法的加热方式 ａ) 点状加热 ｂ) 线状加热 ｃ) 三角形加热
（1）点状加热矫正 火焰加热的区域为一个点或多个点，加热点直径一 般小于15mm。 （2）线状加热矫正
钢结构的连接(课后习题)
第 2 章 钢结构的连接一、选择题1 直角角焊缝的强度计算公式 w c f l h N =t ≤ w f f 中，he 是角焊缝的——。
(A)厚度 (B)有效厚度 (C)名义厚度 (D)焊脚尺寸2 对于直接承受动力荷载的结构，计算正面直角焊缝时——。
(A)要考虑正面角焊缝强度的提高 (B)要考虑焊缝刚度影响。
(C)与侧面角焊缝的计算式相同 (D)取 f b ＝1．22 3 等肢角钢与钢板相连接时，肢背焊缝的内力分配系数为——。
(A)0．7 (B)0．75 (C)0．65 (D)0．354 直角角焊缝的有效厚度 c h ——。
(A)0．7 f h (B)4mm (C)1．2 f h (D)1．5 fh 5 在动荷载作用下，侧焊缝的计算长度不宜大于——·(A)60 f h (B)40 f h (C)80 f h (D)120 fh 6 角钢和钢板间用侧焊搭接连接，当角钢肢背与肢尖焊缝的焊脚尺寸和焊缝的长度都等同 时，————。
(A)角钢肢背的侧焊缝与角钢肢尖的侧焊缝受力相等(B)角钢肢尖侧焊缝受力大于角钢肢背的侧焊缝(C)角钢肢背的侧焊缝受力大于角钢肢尖的侧焊缝(D)由于角钢肢背和肢尖的侧焊缝受力不相等，因而连接受有弯矩的作用7 不需要验算对接焊缝强度的条件是斜焊缝的轴线和外力 N 之间的夹角满足——。
(A) q tan £1．5 (B) q tan >l，5 (C)q ≥70º (D) q ＜70º8 产生焊接残余应力的主要因素之一是——·(A)钢材的塑性太低 (B)钢材的弹性模量太高(C)焊接时热量分布不均 (D)焊缝的厚度太小9 钢结构连接中所使用的焊条应与被连接构件的强度相匹配，通常在被连接构件选用 Q345 时，焊条选用——。
(A)E55 (B)E50 (C)E43 (D)前三种均可10 焊缝连接计算方法分为两类，它们是——。
(A)手工焊缝和自动焊缝 (B)仰焊缝和俯焊缝(C)对接焊缝和角焊缝 (D)连续焊缝和断续焊缝11 焊接结构的疲劳强度的大小与——关系不大。
焊接结构学知识重点
《焊接结构学》重点归纳第一章绪论1、焊接结构的优点：（1）焊接接头系数大；（2）水密性和气密性好；（3）重量轻，省材料；（4）厚度基本不受限制；（5）结构设计简单；（6）生产周期短，成本低。
2、焊接结构的特点：（1）焊接结构的应力集中范围比铆接结构大；（2）焊接结构是非均匀体，焊接接头具有较大的性能不均匀性；（3）焊接结构具有较大的焊接应力和变形；（4）焊接结构的整体性强，止裂性差；（5）焊接结构对材料敏感；（6）焊接接头对温度敏感。
第三章焊接应力和变形1、内应力是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。
2、内应力分类：按照分布范围可分为宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。
按产生机理可分为温度应力（热应力）、残余应力、相变应力和安装应力。
热应力是由于构件受热不均匀产生的。
3、基本概念（1）焊接瞬时应力：随焊接热循环过程而变化的应力。
（2）焊接残余应力：焊后在室温条件下，残余在构件中的内应力。
（3）焊接瞬时变形：随焊接热循环过程而变化的变形。
（4）焊接残余变形：焊后在室温条件下，残留在工件上的变形。
4、内部变形率：若|ε|<εs，则为弹性变形，恢复到原始T0时，长度不变。
若|ε|>εs，则为弹性变形、塑性变形，若ε<0，则为压缩变形；若ε>0，则为拉伸变形，恢复到原始T0时，长度比初始长度减小△L p。
5、影响焊接应力与变形的主要因素（1）焊缝及其附近不均匀加热的范围和程度，也就是产生热变形的范围和程度。
影响因素包括焊缝的尺寸、数量、位置、母材的热物理性能（导热系数、比热及热膨胀系数）和力学性能（弹性模量、屈服极限）、焊接工艺方法（气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电子束焊等等）、焊接规范参数（电流、电压、速度、预热温度、焊后缓冷及焊后热处理等）、施焊方法（直通焊、跳焊、分段退焊等）。
（2）焊件本身的刚度和受到周界的拘束程度，也就是阻止焊缝及其附近产生热变形的程度。
《钢结构设计规范》GB50017-2003应用讲座
s1 —截面中线总长
11
剪力中心S—截面剪力流的
合力作用点，也是主扇性 极点和扭转中心 横向荷载通过截面剪力中 心，杆件只弯曲，不扭转
12
I形截面
e0
h1
t2b23h t1b13 t2b23
I I y1I y2h2 / I y
C形截面
e0
y1
3tb2 twh 6tb
I
b3h2t 12
2h 3b 6b h
44
第7章 连接计算
7.1 焊缝连接
对接焊缝
角接焊缝
对接与角接组合焊缝
45
7.1.1条 有关焊缝质量等级的选用，是设计规范的新增条 文。焊缝质量等级是原《钢结构工程施工及验收规范》 GBJ205-83首先提到的，不过它只提到一、二、三级焊 缝的质量标准，并未提到何种情况需要采用何级焊缝， 而GBJ17-88也没有明确规定，导致一些设计人员对焊缝 质量等级提出不恰当要求，影响工程质量或者给施工单 位造成不必要的困难。
16
4）不等边双角钢，短边相并
b1/t≤0.56loy/b1时
yz y
b1/t>0.56loy/b1时
yz
3.7b1
/
t
1
lo2y t 2 52.7b14
17
单轴对称压杆绕非对称主轴以外的任一轴 失稳时，应按弯扭屈曲计算。
单角钢构件绕平行轴（u轴）失稳时， 按b
类截面查j值，换算长细比
b/t≤0.69lou/b时
235
4
（1）原规范将t40mm的轴压 构件稳定归入c曲线，不确
切。新规范作了专门规定， 参见规范表5.1.2-2。
5
（2）增加了d类截面（d 曲线）。 t40mm的
第六章 焊接结构的疲劳解读
尽量减小角变形或错边；
亦可在熔合线(焊趾) 堆焊防裂焊缝。
焊接结构
5.3.4 接头金相组织改变对脆性的影响 ①主要目标:
充分注意焊接热影响区的几个脆化区!
如：靠近熔合线附近的粗大的魏氏组织区； 处于蓝脆温度范围的脆化区；
合金钢接头中的高硬度马氏体区。
②处理措施： 必要时进行回火或正火处理。消除脆性组织，同时 消除焊接应力！ 焊接工艺要合理控制焊接线能量。
焊接结构
5.1.4 焊接结构脆断的产生原因
2）结构在设计、制造环节上存在工艺缺陷； 这些未能得以及时消除的工艺缺陷，进一步造成了构 件承载能力——尤指抗开裂能力的恶化。 如：焊接残余应力、附加残余变形、热应变时效以及
各种焊接缺陷等引起的应力集中和脆化现象。
3）产品检验技术不够完善，并未对重要结构采取有效的 质量跟踪措施和及时准确的无损评价。
断
实例之三：2001年11月7日，四川省宜宾市南门中承拱桥 因吊杆脆断造成大桥桥面坍塌 实例之四：1998年3月5日，西安液化石油气站2个400 m3 球罐发生特大爆炸事故。一只紧固螺栓的疲劳断裂
焊接结构
• 四川天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的爆裂 事故，其中一起发生在1995年底，泄漏的天然气引起了 火灾。管道为720×8.16 mm 螺旋焊管，工厂压力1.9～ 2.5MPa。事故管段已经运行16年。爆口长度1440mm， 沿焊缝扩展。管道内壁腐蚀轻微，断口无明显减薄现象。 经过试验分析，结论为硫化物应力腐蚀引起，与天然气中 含有H2S及补焊工艺不合理 使焊缝产生了马氏体组织和 高的残余应力有关。
焊接结构
应变时效的概念
• 应变时效 是指金属经过一定量的塑性变形后，再经历150～400℃温度范围 的加热作用而造成的材料塑性下降的现象。 • 静应变时效 是指金属经过“ 冷加工”而产生 一定量的塑性变形导致的应变时效。 • 动应变时效 是指金属经过“热循环”而产生 一定量的热塑性变形导致的应变时效。
焊接结构全套课件
2）焊接结构对于脆性断裂、疲劳破坏、应力腐蚀和蠕变 破坏等都比较敏感,
3）焊接结构中存在残余应力和变形， 4）焊接会改变材料的部分性能，使焊接接头附近变为一 个不均匀体’
5）对于一些高强度的材料，因其焊接性能较差，更容易 产生焊接裂纹等缺陷。
(3)减小焊接不足的措施 1）合理的设计结构，正确的选择材料， 2）采用适宜的焊接设备和制定正确的焊接工艺， 3）良好的焊接技术及严格的质量控制。 2．焊接结构在工业发展中的作用 （1）焊接结构被广泛地应用于工业生产的各个部门。
（2）加强现场教学和参观，加深学生的感性认识，还可 以通过多媒体教学等手段开阔学生的视野，培养学生分析 问题和解决问题的能力。
第一章 焊接结构基本知识
1.1 焊接结构基本构件 1.2 焊接接头的基本知识
第一节 焊接结构基本构件
一、机器零部件焊接结构
1 ．切削机床的焊接机身, 2．减速器箱体焊接结构。
1．焊接接头的组成 焊接接头由焊缝金属、熔合区和热影响区组成，如图1-
11所示。 2．焊接接头的基本形式 （1）对接接头 两板件端面通过焊接形成135°～180°夹角， （2）搭接接头 两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接
头, （3）T形（十字）接头 将一个焊件的端面与另一焊件的表
面构成直角或近似直角，用角焊缝连接起来的接头，
2．焊缝金属的收缩 当焊缝金属冷却，由液态转为固态时，其体积要收缩。
产生焊接应力变形。
3．金属组织的变化 钢在加热及冷却过程中发生相变，可得到不同的组织，
这些组织的比容各不相同，由此也会造成焊接应力与变形。
4．焊件的刚性和拘束 焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形
越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及受周围的 拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接应力越小
钢结构设计原理(北方民族大学)智慧树知到答案章节测试2023年
第一章测试1.钢结构计算中，实际内力和力学计算结果最符合的原因是（）A:钢材韧性好B:钢材强度高C:钢材材质均匀D:钢材塑性好答案:C2.下述破坏属于正常使用极限状态的是（）A:结构转变为机动体系B:连接的强度计算C:梁腹板加劲肋计算D:构件在荷载作用下产生较大变形而影响作答案:D3.结构的重要性系数是根据结构的( )分别取 1.1、1.0、0.9。
A:安全等级的一、二、三级B:耐久性等级的一、二、三级C:抗震等级D:建筑面积的大小答案:A4.在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（）的典型特征。
A:强度破坏B:脆性破坏C:塑性破坏D:失稳破坏答案:C5.下列关于荷载分项系数的论述( )不正确。
A:不分场合均取为1.2B:一般情况下取1.4，当楼面活荷载大于4kN/mm2时，取1.3C:用于计算活荷载效应的设计值D: 为结构永久荷载分项系数答案:A6.验算型钢梁正常使用极限状态的变形时，用荷载( )。
A:组合值B:最大值C:设计值D:标准值答案:D7.钢结构设计中按荷载设计值计算的有 ( )A:局部稳定B:强度C:疲劳D:梁的刚度E:整体稳定答案:ABE8.承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载的状态。
A:对B:错答案:A9.承载能力极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部破坏。
A:对B:错答案:B10.焊接结构的疲劳强度的大小与（）关系不大。
A:残余应力大小B:连接的构造细节C:钢材的种类D:应力循环次数答案:D第二章测试1.反映钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力的指标为（）A:冷弯性能B:屈服强度C:韧性D:伸长率答案:C2.钢中含碳量越高（）A:强度越高B:塑性韧性越高C:可焊性越好D:塑性越差，韧性越好答案:A3.结构钢的屈服强度 ( ) ：A:随着厚度增大而降低，而且随质量等级从A到D逐级提高B:随着厚度增大而降低，但于质量等级（A、B、C、D）无关C:随着厚度增大而提高，而且随质量等级从A到D逐级降低D:随着厚度增大而降低，而且随质量等级从A到D逐级降低答案:A4.在钢的化学元素中,下列哪一种元素的有害作用主要是使钢在低温时韧性降低并容易发生脆性破坏( )A:硫B:磷C:硅D:锰答案:B5.碳的含量对钢材性能的影响很大，一般情况下随着含碳量的增高，钢材的塑性和韧性逐渐增高。
焊接结构疲劳设计四个标准的特点对比及应用建议
1焊接接头特有的疲劳属性金属疲劳的研究，要回答“裂纹从何处萌生？”，而对焊接接头而言，它没有裂纹萌生过程，焊缝上“大于零的”的微裂纹总是有的，问题是观察的放大镜的倍数是否足够大。
金属疲劳研究的另一个要回答的问题是，“裂纹沿着哪个方向扩展？”，对焊接接头而言，它的扩展模式是明确的，裂纹要么从焊趾沿板的厚度方向扩展，要么从焊根向焊喉方向扩展。
与金属疲劳不同，焊接接头中有残余应力，但是，不论其大与小，也不论其分布如何复杂，它是自平衡的，与外载荷无关。
2疲劳评估时如何确定应力一般使用有限元方法与焊接分级的方法相配合进行疲劳评估。
2.1名义应力法BS 7608以材料力学范畴中的名义应力来描述与定义焊接接头S-N 曲线。
对于不同的接头类型（如喇叭口焊缝和对接焊缝）、载荷形式（如小的循环张力或者弯曲），就需要用不同的疲劳S-N 曲线。
BS 7608编入的设计曲线，对于给定焊接接头，严格说，当分级接头上的名义应力可以用材料力学教科书的内容计算时才可用。
在分析现实焊件时，名义应力的定义是很难确定的。
如果简单的名义应力的定义不能用来表达易出现疲劳位置的应力状态，那么，可靠的疲劳寿命设计或寿命预测就无法实现。
2.2热点应力法由于在焊趾处这样容易出现疲劳的位置的应力很难确定，以及应力的严重网格敏感性，有人就假设认为临近焊趾处的存在一些特定的位置，在这些位置处可以用表面外推法获得焊趾处的热点应力。
由于缺乏同表面应力和外推应力的焊趾应力状态相关联的合理可靠的力学基础，这些方法只能作为一些经验主义的应力确定过程来看待。
此外，在确定焊趾热点应力时用其它给定外推程序，一般也会遇到网格尺寸和单元类型敏感性问题。
2.3结构应力法在焊接件的疲劳评估时，如何以一致的方式确定应力？多少年来，工程中的S-N 曲线一直采用名义应力表示（不可将它与用热点应力表示的S-N 曲线混为一谈，比较而言，后者很难获得），其历史原因是，研究总是从简单问题开始，名义应力可以用材料力学的公式计算，或者用贴片的方法测试，对简单的焊接接头而言，名义应力是合适的，虽然人们知道疲劳破坏总是发生在在焊缝上，但是，如何在焊缝上获得那些应力，却是困难的。
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tgmax 2max 2 m max min 1r
做图可求 r 得
第6章焊接结构疲劳
（3）用σa 和 σm 表示的疲劳图
即Haigh疲劳强度图
tg a 1-r m 1r
r maxa m为r时的疲劳强度
第6章焊接结构疲劳
(4)用ma和 x m
表示的疲劳图
in
tgmin1 max r
做图可得到r时对的应疲劳强 （ r 度 ma） x
第6章焊接结构疲劳
6.2.2 基础疲劳试验及疲劳曲线
乌勒[德] 第一个完成的基础疲劳试验，得到疲劳 S-N 曲线
应力循环无数次也不发生疲劳破坏的最大的应力幅叫 疲劳极限。
N取对数，则破坏应力与N关系可用两直线表示。
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S-N曲线的类型
其一，有应变时效的金属如常温的钢铁， S-N曲线有明 显的水平部分； 其二，无应变时效的金属如铝等，无水平部分，用人为 的循环基数N0对应的应力值作为条件疲劳极限。
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4、应力性质的影响
同一材料（如铸铁）的抗压疲劳强度高 于抗拉疲劳强度；图6-18
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高强钢的低周疲劳曲线
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6.2.3 疲劳强度的常用表示法_疲劳图
（1）用σ max和 r 表示的疲劳图 即 Moore，Kommers疲劳强度图 r =1时， σ max= σ b
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（2）用σ max和 σ m 表示的疲劳图 即 Smith疲劳图
第6 章
焊接接头和结构的 疲劳强度
主要内容： 材料及结构疲劳失效的特征 疲劳试验及疲劳图 疲劳断裂的物理过程和断口特征 焊接接头的疲劳强度计算标准 影响焊接接头的疲劳强度的因素 提高焊接接头的疲劳强度的措施
大约用6~8学时第6章焊接结构疲劳
概述
在美国已经得到确认，由于产品的疲劳问题所引起的损失占国 民生产总值的 4％ 左右 (约 1200 亿美元)；
疲劳所涉及的领域有汽车，航空航天，机械，船舶，铁路，国 防，军工，海洋工程等等。
随着科技日新月异和用户对产品的要求越来越苛刻，企业面临 的挑战越来越大，要缩短产品上市时间，疲劳问题要走在设计 的前面等。在产品的早期设计阶段，评估疲劳相关的问题和进 行耐久性分析从而预测产品的寿命能给公司在缩减开发和测试 成本、缩短投放市场的时间、提高产品使用寿命等方面带来很 大的收益。
面粗糙度成反比 腐蚀亦可看成表面粗糙 表面强化和残余压应力有助于提高疲劳
强度
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图6-13，k*与表面粗糙度成反比
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3、N——循环次数的影响
图6-14~17可见，疲劳曲线是一族线束； 相同条件下， N值越大，对应的疲劳强
度越低。Haight、Smith、Goodman、 以及Moore，Kommers
r ——应力循环特征系 数或应力循环对称系数， r 值不同，循环特征亦 不同。
r min max
范围：－
1 ～＋ 1
常用σ r 表示某种疲劳 应力。
可以看出：
max m a
min
－
m
a
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几种典型的动载荷
1. 对称交变载荷
maxmin,r 1 疲劳强度－ 用 1表示 2.脉动载荷
焊接结构的大量使用和研究，疲劳破坏不断
高强钢的使用，对KT比低第6章碳焊接钢结构敏疲劳 感-疲劳破坏问题增加
不锈钢管焊缝的微观疲劳断口
汽车排气系 统不锈钢管 材的焊缝疲 劳实验的断 口照片。
断裂在母材 与焊缝之间 的HAZ上。
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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
疲劳失效的特征三： 疲劳破坏一般从表面和应力集中出开始，焊接结构的疲劳从焊接接头 产生。
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图6-1、-2、-3 、-4疲劳破坏实例
2 118次着陆后发生破坏-低周疲劳 运行30 000km后，车架纵梁破坏-疲劳
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法兰与管道连接处发生破坏-KT高的角焊缝
水压机机架在多次工作后破坏-低周疲劳
金属的疲劳是在变载条件下经过 N 次循环才出现的。 变载荷：是指大小、方向、波形、频率和应力幅随时
间发生周期性或无规则变化的一类载荷。
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变载荷的主要参量：图6-4
max 应力循环内的最大应力
min 应力循环内的最小应力
m
max
min 2
平均应力
a
max
－ 2
min
应力振幅
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6.1 材料及结构疲劳失效的特征
疲劳定义：材料在变动载荷作用下，会产生微、宏观的塑性变形，降低了 材料的承载能力并引起裂纹，随着裂纹的逐步扩展，最后将导致断裂。
统计表明：疲劳破坏占失效结构的90％。
疲劳失效的特征一： 与脆断有明显差别，加载次数、断裂过程、温度、端口；
疲劳失效的特征二： 疲劳强度难以确定，其值与实际工作条件密切相关不易预测；
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1、材料的影响
材料不同，σr 不同，无缺口光滑试件疲劳强 度与σb有关：
钢材：
1 0 .4 ~ 0 .6 b
0 0 .6 ~ 0 .8 b
对铝合金： 1 0 .4 ~ 0 .6 b
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2、表面状态的影响
影响很大，因为疲劳往往从表面开始
用表面系数 k* 来表示，图6-13，k*与表
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
举例：已知σb=588N/mm2，N=2*106时，σ0=304N/mm2， σ-1=196N/mm2，作图求出σ1/2 =？ 解：过0点作射线使r=1/2，交于BC 延长线上D点，得412 N/mm2
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6.2.4 各类参数对疲劳强度的 影响
1、材料 2、表面状态 3、N 4、应力性质 5、缺口效应
min0,r 0 疲劳强度用 0表示
3.拉伸变载荷
maxmi n 0,于0是 r1
疲劳强表 度示 用
r
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高周与低周疲劳
高周低应力（在弹性范围内）疲劳，N： 104~105次以上，又称应力疲劳；
低周高应力（超出弹性范围）疲劳，N＜ 104~105次，又称应变疲劳
任何工程结构都不允许出现全截面的标称应 力大于屈服点的情况。所以，低周次疲劳仅 是某些应力集中区域的材料单元疲劳行为。