焊接工程师课程-iwe-3-3[1].12-13疲劳设计.pptx

2010第29期国际焊接工程师班编稿上海交通大学陈立功
IWE-3/ 12-13接头和结构疲劳强度
不同点
不同点
脆性断裂
疲劳断裂
载荷性质
静载、冲击
疲劳
对温度的敏感性
敏感、低温易脆断
不敏感
受载次数
大于临界值,一次即可断裂
需几十~几百万次
断裂经历时间
大于临界值,瞬间断裂
需较长或很长时间
断裂经历过程
弹性能释放有余,
连续自动开裂
“张开-闭合”循环
断裂机制
需要大于临界的扩展能
张开-扩展,
闭合-硬化、锐化
宏观断口形貌
沿薄弱环节扩展,
错落交织人字纹
带有幅射线的贝壳纹
微观断口形貌
错层,河流样花纹
疲劳辉纹
1
2010第29期国际焊接工程师班编稿上海交通大学陈立功
IWE-3/ 12-13接头和结构疲劳强度
2 疲劳强度的基本概念
疲劳应力循环应力的五个基本参数
σmax、σmin、 r、σm、σa
(1)最大主应力:
σmax=σm+σa= σmin/r
(2)最小主应力:
σmin=σm+σa= r·σmax
(3)应力循环特征系数:
r=σmin/σmax=(σm-σa)/( σm+σa);
-1≤ r ≤1
(4)平均应力:
σm=(σmax+σmin)/2=σmax·(1+r)/2
(5)应力幅值:
σa=(σmax-σmin)/2=σmin·(1-r)/2
σ
σa
σm
σmin
t
σmax
0
2
2010第29期国际焊接工程师班编稿上海交通大学陈立功
IWE-3/ 12-13接头和结构疲劳强度

σmax、σmin、 r、σm、σa
(1)静态拉、压载荷:
σa=0,r=1, σmax=σmin=σm
(2)拉伸变载荷:
0<r<1,0<σmin<σmax
(3)脉动载荷:
r=0,σmin=0
(4)对称载荷:
σmin=-σmax, r=-1
(5)随机变载荷:
幅值、循环特征等呈随机变化的疲劳载荷。
σ
σa
σm
σmin
t
σmax
0
R=-1
R>0
R=0
3
2010第29期国际焊接工程师班编稿上海交通大学陈立功
IWE-3/ 12-13接头和结构疲劳强度

(1)疲劳曲线:
通过疲劳试验,测得发生疲劳破坏的应力σ(疲劳强度),与起所需的加载次数N(疲劳寿命)之间的对应关系曲线:
σ=f(N)=a+blnN
(2)疲劳强度:
在某疲劳应力的作用下,经N次循环,发生破坏。称该应力N次循环的疲劳强度。疲劳强度是循环应力的最大值σmax,用σr表示。
(3)疲劳极限:
在规定循环次数以后,疲劳强度不再下降,达到饱和的极限值。如图中水平虚线所对应的疲劳应力值称疲劳极限。
σ(N/mm2)
σ
N(百万)
σ(N/mm2)
σ
ln(N)
1 2 3 4 5 6 7 8
103 104 105 106 107
4
2010第29期国际焊接工程师班编稿上海交通大学陈立功
IWE-3/ 12-13接头和结构疲劳强度
疲劳强度在焊接结构中的常用表示方法
(1) σmax-r表示法
直观反映σmax与r的关系;
(2)σa-σm表示法
tgα= σa/σm=(1-r)/(1+r),
所以,r=(1- tgα)/( 1+tgα)
OA: σm =0,r=-1,对称载荷疲劳
OB:σa=0,r=1,静拉伸
OC: σa 和σm皆不为0-拉伸变载荷疲劳
OD:r=0,脉动疲劳
OE:用σs 、σs线交E点,r>rE时,
疲劳强度σmax= σm +σa> σs,
接头塑性好时,残余应力对疲劳强度没影响。
σmax
σ-1
-1 0 1
σb
σ0
r
σa
σb(静载)
σm
σa
r
σm
σ-1
σm
α
5
O
A
E
D
C
B
45O
σs
σs
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IWE-3/ 12-13接头和结构疲劳强度
6
σ
σa
σm
σmin
t
σmax
0
r > rE
σs
OE:用σs 、σs线交E点,r>rE时,疲劳强度σmax= σm +σa> σs,接头塑性好时,残余应力对疲劳强度没影响。(理解与应用)
σ
0
σ
0
σ
0
1)振动时效的输入波形,动应力应小于σs/3;
3)在高残余应力处的波形;实际应力实质是由局部区域应变折算的等效应力,大于σs区域发生屈服,塑性应变的积累使峰值残余应力下降。
2)当局部应力集中系数
K>1时的波形