焊接结构疲劳强度.

第七章 焊接结构疲劳强度
§7-3 疲劳设计要点
推导疲劳公式的σmax-σmin图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-3 疲劳设计要点
循标 环称 范和 围实 的际 关应 系力
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
一、影响疲劳强度的因素 • 应力集中的影响 • 焊接残余应力的影响 • 材料表面状态 • 焊接缺陷的影响 • 不同强度金属的影响 • 其他影响因素
第七章 焊接结构疲劳强度
本章思考题 • 影响焊接结构疲劳强度的因素有哪些？ • 焊接缺陷对疲劳强度有何影响？ • 焊接残余应力对结构疲劳破坏的影响？ • 提高焊接接头疲劳强度的措施有哪些？ • 简述疲劳设计方法？ • 应力疲劳？应变疲劳？ • 简述疲劳寿命估算及疲劳失效分析方法？
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
一、疲劳破坏 疲劳破坏是焊接金属结构的一种主要 生效形式。材料在交变或波动载荷作 用下，虽然工作应力的最大值小于材 料的屈服极限，但由于材料局部造成 某种程度的永久变形，从而产生裂纹 并最终断裂。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
二、疲劳断裂分类 • 按疲劳破坏的原因分 腐蚀疲劳；热疲劳；机械疲劳 • 按应力大小和应力循环次数分 低周高应力疲劳 高周低应力疲劳
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
应力升降图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
P-S-N曲线
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
二、应力循环特性 1．对称交变载荷：σmin=-σmax；r=-1；疲 劳强度用σ-1表示 2．脉动载荷：σmin=0；r=0；疲劳强度用 σ0表示 3．拉伸变载荷：0<r>1；疲劳强度用σr表 示 4．拉压变载荷：σmin为压应力；σmax为拉 应力，二者不等
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
TIG熔修重新起弧技巧
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
预超载 施加一次或多次超载，裂纹扩展产生 迟滞效应。这可能与超载在裂纹尖端 形成塑性区有关，此塑性区有较大的 加工硬化及有利的残余应力。卸载 后，在缺口及其附近发生拉伸塑性变 形处将产生压缩应力。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
调 整 残 余 应 力 场
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
合理工艺措施 • TIG熔修，使焊缝和基本金属之间形 成平滑过渡，减少应力集中 • 砂轮打磨 • 减少焊接裂纹及二维缺陷 • 采用降低焊接热应力及残余应力的措 施，如装焊顺序合理、焊前预热及焊 后缓冷
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
滑移产生挤入挤出示意图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
疲劳裂纹扩展阶段 沿与正应力垂直的方向扩展。初始 裂纹在交变载荷作用下，产生塑性 变形使裂纹反复张开和闭合。当裂 纹尖端处在拉伸应力场时，由于裂 纹尖端极大的应力集中，使该处晶 粒发生滑移，裂纹张开，尖端向前 延伸。
§7-2 疲劳强度及载荷种类
σmax ―r表示的疲劳图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
σa―σm表示的疲劳图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
σmax―σm表示的疲劳图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
σmax-σmin表示的疲劳图
第七章 焊接结构疲劳强度
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
σa-σm疲劳图断裂分析图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
应力对疲劳强度的影响
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
材料表面状态 材料表面有缺陷易造成疲劳强度降 低。疲劳裂纹开始产生于材料表面， 尤其在拉伸载荷作用下，表层应力 最高。用高强度合金钢制造的结构， 应尽可能使其表面光滑。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
载 荷 种 类
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
三、疲劳图 疲劳图反映了疲劳强度与循环特性 之间的关系。为了减少昂贵的试验 数量，人们希望用几种循环特性下 进行试验所获得的疲劳极限就能推 算出各种循环特性下疲劳极限。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-3 疲劳设计要点
一、疲劳设计方法 • 采用σ-N曲线的疲劳设计 • 断裂力学疲劳设计 • 通过试验方法的疲劳设计
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-3 疲劳设计要点
采用σ-N曲线的疲劳设计 分为许用应力法和极限状态法。 许用应力设计法：该方法是把各种构 件和接头的实验疲劳强度除以一个安 全系数作为许用应力，使设计载荷引 起的应力最大值不超过其许用应力， 从而确定构件截面尺寸的设计方法。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
疲 劳 裂 纹 扩 展 示 意 图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
疲劳裂纹扩展模型
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
瞬时断裂阶段 当疲劳裂纹扩展到材料的强度 极限时，疲劳裂纹达到临界裂 纹尺寸而产生瞬时断裂。
第七章 焊接结构疲劳强度
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
二、提高疲劳强度的措施 • 降低应力集中 • 调整残余应力场 • 表面强化处理 • 合理工艺措施 • 预超载
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
降低应力集中 • 采用合理的结构形式 • 采用应力集中系数小的焊接接头 • 改善几何形状，缓和应力集中 • 选用丁字或十字接头时应焊透， 保证降低应力集中。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
焊接缺陷的影响 不但与缺陷的尺寸有关，而且还决定于许 多其它因素，如表面缺陷比内部缺陷影响 大；与作用力方向垂直的面状缺陷比其它 缺陷的影响大；位于残余拉应力区的缺陷 比残余压应力区的影响大；位于应力集中 区的缺陷比在均匀应力场中同样缺陷的影 响大。
§7-1 疲劳破坏及特性
疲劳断口特征 疲劳断口可分成三个区域 疲劳裂纹源 疲劳裂纹扩展区：常呈海滩波纹状， 有时呈贝纹状 瞬时断裂区：一般呈粗晶状断口或出 现放射棱线
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
疲劳断裂断口示意图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-2 疲劳强度及载荷种类
加载次数与疲劳强度关系图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
应力集中的影响 理论应力集中系数Kt：局部应力峰 值与平均应力之比 当局部峰值应力达到材料屈服极限 时，在断裂前局部材料将产生塑性 变形，造成应力重新分布，应该用 有效应力集中系数Kf来估计
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
第七章 焊接结构疲劳强度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§7-1 疲劳破坏及特性
应力应变循环图
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
大变形后卸载
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
三、疲劳断裂过程及断口特征 • 疲劳形核 • 扩展阶段 • 瞬时断裂阶段
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-1 疲劳破坏及特性
疲劳形核 疲劳裂纹首先在应力最高、 强度最弱的基体上形成。夹 渣物和基体晶面开裂，滑移 带开裂，孪晶和晶界开裂。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
不同强度金属的影响 强度极限越高，材料对应力集中 就越敏感，只有表面抛光的试件 其材料疲劳强度才能随强度极限 的提高而增大。
第七章 焊接结构疲劳强度
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
其他影响因素 试样尺寸的影响：尺寸增大，疲劳极限降低 负载特点：交变弯曲疲劳破坏的寿命最短 温度升高，裂纹扩展速率随之增高，并随着 da/dN的增高，温度升高的加速作用减弱。