疲劳讲义.ppt

英国标准(BS7608:1993)&国际焊接学会(IIW)-(BS7608:1993)(IIW)(1)转变设计观念是当务之急(2)关注细节和千方百计降低应力集中是提高疲劳寿命的基本出发点(3)重视与疲劳相关数据库的建设(4)“对”与“错”,而且还要面对焊接工艺本身所导致的特有的困难。焊接专家说:“在一些人的眼里,一方面焊接是功臣,因为它促进了生产的发展;另一方面它是罪人,因为它是许多事故的根源”[2]。为了抑制焊接的不利因素,尤其是在疲劳寿命预测方面,先进国家为发展中国家做出了重要贡献。他们投入了大量的资金,甚至历时百年,制定了许多优秀的评估标准。例如:英国标准(BS7608:1993)(Codeofpracticeforfatiguedesignandassessmentofsteelstructures)、国际焊接学会标准(IIW)(ponents)、美国AAR货车结构疲劳设计标准等[3][4]5]。1引言这些标准的最大贡献是:一大批用于焊接接头疲劳寿命预测的S-N曲线几乎完全支持复杂的工程问题,尤其是支持设计方案的疲劳寿命对比。(1)美国AAR货车结构疲劳设计标准给出了80种钢结构焊接接头的疲劳寿命预测数据。(2)英国钢结构疲劳设计与评估使用标准(BS7608:1993)中,将焊接母材及接头分成10级,并给出了这10级焊接接头细节的S-N曲线参数。事实上这10级接头包括了50多种具体接头形状,其中还包括了螺栓连接接头。(3)国际焊接学会标准(IIW)给出了80种钢结构焊接接头的数据。IIW还给出了57种铝合金焊接接头的S-N曲线数据。IIW疲劳强度设计规范适用于焊点的屈服点低于700MPa的碳钢、碳锰钢和细晶粒钢调质钢材的焊接接头。2焊接接头S-N曲线细节及其特殊性这些焊接接头的S-N曲线全部由试验室获得,因而包括了以下事实和影响:焊缝形状所引起地局部应力集中;一定范围的焊缝尺寸和形状偏差;应力方向;残余应力;冶金状焊接过程和随后的焊缝改善处理。由于焊缝及其附近存有达到或接近达到屈服点的应力。英国钢结构疲劳设计与评估使用标准及国际焊接学会标准(IIW)评定焊接接头疲劳特性时,用应力范围来表述S-N曲线。美国AAR货车结构疲劳设计标准则用通常的等效应力表述S-N曲线。比较而言,IIW和BS标准更适合焊接结构的疲劳寿命预测。2焊接接头S-N曲线细节及其特殊性关于焊接接头疲劳寿命预测中应力范围概念采用应力范围的理由是:焊接过程中,焊缝及其附近存有达到或接近达到母材屈服点的残余应力;由于残余应力的存在,不管外加动应力的循环特性如何,焊缝附近的实际循环应力是从母材的屈服应力向下摆动。例:有二焊接接头,S-N曲线相同(抵抗疲劳的能力相同),但是承受的动载荷不同。接头一:接头二:决定焊接结构疲劳寿命的是动应力的变化幅值而不是平均值,因此,第二个接头虽然应力绝对值很低,但远比第一个接头危险!3焊接接头类型细节是控制焊接结构疲劳寿命的命脉焊接接头是机车车辆焊接结构的寿命薄弱环节。当结构承受较低水平动应力(该应力水平远低于静强度应力水平)时,它们将首先疲劳破坏。在另外考虑材料因素、热影响区的前提下,焊接接头疲劳破坏的主要原因是局部应力集中:结构设计不合理导致应力集中;接头型式导致应力集中;焊接缺陷导致应力集中:裂纹、未焊透、未熔合、咬边、气孔、夹渣;(BS7608:1993)(1)计算损伤比 损伤比(Sr>So) 损伤比(Sr≤So)式中, n为被评估点应力幅Sr发生的次数; So为该评估点所在接头的S-N曲线拐点。 m为S-N曲线斜率。(2)损伤累计4基于英国标准(BS7608:1993)(1)指定具体待评点的位置;(2)如果有动应力实测数据,通过编谱而获得该点的应力幅值谱,转到第(5)步;(3)如果没有动应力实测数据,有载荷谱,那么创建有限元模型;(4)根据载荷谱及有限元模型获得该点的应力幅值谱;(5)根据该点所在焊接接头类型细节及承载方向,在BS中选择对应的用于建立S-N曲线的疲劳级别(FAT)及相关参数;(6)根据损伤比计算公式,计算损伤比累计;(7)根据载荷谱或动应力谱所对应的里程数,由Minner公式求出寿命(里程);