IWE動(dòng)載結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)ppt課件

1、動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)黑龍江工程學(xué)院王佳杰( IWE-3/3.14-17)2021.03 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 一、焊接構(gòu)造疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的普通原那么一、焊接構(gòu)造疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的普通原那么 根據(jù)焊接構(gòu)造的特點(diǎn)和大量實(shí)踐焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)焊接構(gòu)造的特點(diǎn)和大量實(shí)踐焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)的實(shí)際閱歷，得出在焊接構(gòu)造疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)的實(shí)際閱歷，得出在焊接構(gòu)造疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以思索準(zhǔn)那么：予以思索準(zhǔn)那么：總的原那么：采取一切措施，排除或減小應(yīng)力集總的原那么：采取一切措施，排除或減小應(yīng)力集中的影響中的影響 。1. 接受拉伸、彎曲和改動(dòng)的構(gòu)件應(yīng)采用長(zhǎng)而圓滑接受拉伸、彎曲和改動(dòng)的構(gòu)件應(yīng)采用長(zhǎng)而圓

2、滑的過渡構(gòu)造以減少剛度的忽然變化；的過渡構(gòu)造以減少剛度的忽然變化；2. 優(yōu)先選用對(duì)接焊縫，盡能夠少用角焊縫；優(yōu)先選用對(duì)接焊縫，盡能夠少用角焊縫；3. 采用角焊縫時(shí)最好用雙面角焊縫，防止運(yùn)用單采用角焊縫時(shí)最好用雙面角焊縫，防止運(yùn)用單面焊縫；面焊縫； IWE-3/3.14-15 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)4. 采用帶有搭接蓋板的搭接接頭，盡能夠不用采用帶有搭接蓋板的搭接接頭，盡能夠不用偏心搭接；偏心搭接；5. 使焊縫特別是焊趾、焊縫根部和焊縫端部使焊縫特別是焊趾、焊縫根部和焊縫端部位于低應(yīng)力區(qū)例如彎曲時(shí)中性帶、接受小彎位于低應(yīng)力區(qū)例如彎曲時(shí)中性帶、接受小彎矩的部分區(qū)域、孔邊緣上使缺口應(yīng)力

3、為零的地矩的部分區(qū)域、孔邊緣上使缺口應(yīng)力為零的地方、過渡段和轉(zhuǎn)角以外的部位，使各要素引方、過渡段和轉(zhuǎn)角以外的部位，使各要素引起的缺口效應(yīng)分散而防止使其疊加；起的缺口效應(yīng)分散而防止使其疊加；6. 在焊趾缺口、焊縫根部缺口和焊縫端部缺口在焊趾缺口、焊縫根部缺口和焊縫端部缺口之前或之后處于力流之中設(shè)置一些緩沖缺之前或之后處于力流之中設(shè)置一些緩沖缺口以消除或降低上述缺口部位的應(yīng)力；口以消除或降低上述缺口部位的應(yīng)力；IWE-3/3.14-15動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 7. 接受橫向彎曲的構(gòu)件應(yīng)縮短支承間距以減少接受橫向彎曲的構(gòu)件應(yīng)縮短支承間距以減少?gòu)澗兀粡澗兀?8. 橫向力應(yīng)作用于剪切中心之

4、上，以減少扭橫向力應(yīng)作用于剪切中心之上，以減少扭矩；矩； 9. 接受拉伸與彎曲的構(gòu)件如需加強(qiáng)，那么加接受拉伸與彎曲的構(gòu)件如需加強(qiáng)，那么加強(qiáng)件長(zhǎng)度應(yīng)小。以減小加強(qiáng)對(duì)于構(gòu)件變形的拘強(qiáng)件長(zhǎng)度應(yīng)小。以減小加強(qiáng)對(duì)于構(gòu)件變形的拘謹(jǐn)；謹(jǐn)； 10. 在薄板范圍內(nèi)合理部位布置焊縫，以在薄板范圍內(nèi)合理部位布置焊縫，以減輕彎曲變形；防止能擾亂力流的開口，但與減輕彎曲變形；防止能擾亂力流的開口，但與力流垂直的加強(qiáng)筋板角部應(yīng)切除加強(qiáng)筋板切力流垂直的加強(qiáng)筋板角部應(yīng)切除加強(qiáng)筋板切角；角；11.在特別危險(xiǎn)的部位以螺栓接頭或鉚接在特別危險(xiǎn)的部位以螺栓接頭或鉚接接頭、鍛造銜接件替代焊接接頭又可便于裝接頭、鍛造銜接件替代焊接接頭又

5、可便于裝配等配等 IWE-3/3.14-15疲勞設(shè)計(jì)方法疲勞設(shè)計(jì)方法 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)IWE-3/3.14-15許用應(yīng)力法許用應(yīng)力法疲勞壽命設(shè)計(jì)疲勞壽命設(shè)計(jì) 極限形狀設(shè)計(jì)法極限形狀設(shè)計(jì)法我國(guó)鋼構(gòu)造規(guī)范，原設(shè)計(jì)規(guī)范根本金屬及銜接的疲勞計(jì)我國(guó)鋼構(gòu)造規(guī)范，原設(shè)計(jì)規(guī)范根本金屬及銜接的疲勞計(jì)算中，采用疲勞許用應(yīng)力。算中，采用疲勞許用應(yīng)力。 許用應(yīng)力確實(shí)定許用應(yīng)力確實(shí)定 先經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)定資料、構(gòu)造的疲勞先經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)定資料、構(gòu)造的疲勞強(qiáng)度或疲勞極限，再按存活率普通構(gòu)造強(qiáng)度或疲勞極限，再按存活率普通構(gòu)造97.7，特重，特重要構(gòu)造要構(gòu)造99.99和疲勞循環(huán)次數(shù)如和疲勞循環(huán)次數(shù)如2 次確定疲勞次

6、確定疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度 ；疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力；疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力 式中：式中： - 平安平安系數(shù)；系數(shù)； 設(shè)計(jì)原那么設(shè)計(jì)原那么 最大疲勞任務(wù)應(yīng)力最大疲勞任務(wù)應(yīng)力 許用應(yīng)力許用應(yīng)力 缺陷缺陷 沒有思索疲勞載荷的累積效應(yīng)；沒有思索疲勞載荷的累積效應(yīng)； 沒有思索過載峰對(duì)疲勞壽命的影響；沒有思索過載峰對(duì)疲勞壽命的影響； 沒有思索千變?nèi)f化的不確定要素。過去把這沒有思索千變?nèi)f化的不確定要素。過去把這些不確定要素的影響，涵蓋在平安系數(shù)里，加以思索。些不確定要素的影響，涵蓋在平安系數(shù)里，加以思索。二、疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法二、疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法IWE-3/3.14-15610rnrprnmaxpr三、三、

7、焊接構(gòu)造的疲勞壽命設(shè)計(jì)焊接構(gòu)造的疲勞壽命設(shè)計(jì)3.1疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展 圖圖1 亞臨界裂紋與臨界裂紋尺寸亞臨界裂紋與臨界裂紋尺寸一個(gè)初始裂紋一個(gè)初始裂紋 的構(gòu)件，只的構(gòu)件，只需載荷應(yīng)力到達(dá)臨界值時(shí)需載荷應(yīng)力到達(dá)臨界值時(shí) 圖圖1，亦即當(dāng)裂紋尖端，亦即當(dāng)裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子的應(yīng)力強(qiáng)度因子 到達(dá)臨界到達(dá)臨界值值 時(shí)，才會(huì)失穩(wěn)破壞。時(shí)，才會(huì)失穩(wěn)破壞。一個(gè)有初始裂紋一個(gè)有初始裂紋 的構(gòu)件接受的構(gòu)件接受 的循環(huán)應(yīng)力時(shí)，的循環(huán)應(yīng)力時(shí)，裂紋會(huì)發(fā)生緩慢擴(kuò)展。初始裂紋擴(kuò)展到臨界裂紋裂紋會(huì)發(fā)生緩慢擴(kuò)展。初始裂紋擴(kuò)展到臨界裂紋 的過的過程，稱為疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展階段。研討疲勞裂紋亞程，稱為疲勞

8、裂紋的亞臨界擴(kuò)展階段。研討疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)構(gòu)造的疲勞壽命設(shè)計(jì)和確定現(xiàn)役構(gòu)造臨界擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)構(gòu)造的疲勞壽命設(shè)計(jì)和確定現(xiàn)役構(gòu)造的疲勞壽命，具有重要的實(shí)際意義和適用價(jià)值。的疲勞壽命，具有重要的實(shí)際意義和適用價(jià)值。C0a1KCK10aC0maxCaIWE-3/3.14-15疲勞壽命設(shè)計(jì)有兩種設(shè)計(jì)原那么：疲勞壽命設(shè)計(jì)有兩種設(shè)計(jì)原那么： 按疲勞裂紋發(fā)生壽命設(shè)計(jì)：該設(shè)計(jì)法以積累按疲勞裂紋發(fā)生壽命設(shè)計(jì)：該設(shè)計(jì)法以積累損傷不產(chǎn)生疲勞裂紋為限制。損傷不產(chǎn)生疲勞裂紋為限制。 按疲勞裂紋擴(kuò)展壽命設(shè)計(jì)：該設(shè)計(jì)法以積累按疲勞裂紋擴(kuò)展壽命設(shè)計(jì)：該設(shè)計(jì)法以積累損傷，疲勞裂紋不失穩(wěn)為限制。損傷，疲勞裂紋不失穩(wěn)為限制。

9、 3.2疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律 IWE-3/3.14-15裂紋擴(kuò)展速率可寫成以下方式：裂紋擴(kuò)展速率可寫成以下方式： ),(/cafdNda帕瑞斯帕瑞斯Paris提出了以下關(guān)于裂紋擴(kuò)展的重要閱歷公式：提出了以下關(guān)于裂紋擴(kuò)展的重要閱歷公式： ： nKCdNda)(/對(duì)于中心開有長(zhǎng)對(duì)于中心開有長(zhǎng)2a缺口裂紋的無(wú)限寬板，有缺口裂紋的無(wú)限寬板，有: aK2121/nnnCCaCdNda，式中于是：亞臨界裂紋擴(kuò)展速率不受試亞臨界裂紋擴(kuò)展速率不受試樣幾何外形和加載方法的限樣幾何外形和加載方法的限制，而直接受應(yīng)力強(qiáng)度因子制，而直接受應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度幅度K的控制的控制 帕瑞斯的指數(shù)規(guī)律公式帕瑞斯的指數(shù)

10、規(guī)律公式6-9有兩個(gè)缺陷：有兩個(gè)缺陷：首先它未思索平均應(yīng)力對(duì)首先它未思索平均應(yīng)力對(duì)da/dN的影響，其次是它未思索當(dāng)裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度的影響，其次是它未思索當(dāng)裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子趨近其臨界值因子趨近其臨界值KIc時(shí)，裂紋的加速擴(kuò)展效應(yīng)。時(shí)，裂紋的加速擴(kuò)展效應(yīng)。 福曼福曼Forman提出修正公式：提出修正公式： ()(1)nICdaCKdNr KK圖圖3 根據(jù)根據(jù)“指數(shù)規(guī)律公式繪制的指數(shù)規(guī)律公式繪制的7075-T6鋁合金的鋁合金的da/dN與與K的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線圖圖4 根據(jù)福曼公式繪制的根據(jù)福曼公式繪制的7075-T6鋁合金相應(yīng)曲線鋁合金相應(yīng)曲線 圖圖5華格公式處置后的華格公式處置后的da

11、dN 圖圖6.7.2 疲勞裂紋擴(kuò)展特性da/dN-K曲線的普通關(guān)系 圖圖6 金屬資料金屬資料da/dNK在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的普通關(guān)系圖在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的普通關(guān)系圖這種指數(shù)規(guī)律不能用來(lái)表征高應(yīng)變循環(huán)條件下裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。這種指數(shù)規(guī)律不能用來(lái)表征高應(yīng)變循環(huán)條件下裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。高應(yīng)變循環(huán)疲勞也稱為低循環(huán)疲勞或塑性疲勞。它普通發(fā)生在高應(yīng)高應(yīng)變循環(huán)疲勞也稱為低循環(huán)疲勞或塑性疲勞。它普通發(fā)生在高應(yīng)力、低循環(huán)、高擴(kuò)展速率的情況下，此時(shí)實(shí)驗(yàn)條件不是控制應(yīng)力、力、低循環(huán)、高擴(kuò)展速率的情況下，此時(shí)實(shí)驗(yàn)條件不是控制應(yīng)力、而是控制應(yīng)變幅值。而是控制應(yīng)變幅值。斷裂力學(xué)中用裂紋尖端的張開位移來(lái)描畫此時(shí)的裂紋擴(kuò)展規(guī)律，斷裂力學(xué)

12、中用裂紋尖端的張開位移來(lái)描畫此時(shí)的裂紋擴(kuò)展規(guī)律，即即以上所討論的是在應(yīng)力循環(huán)條件下，裂紋在彈性區(qū)內(nèi)的擴(kuò)展規(guī)律。以上所討論的是在應(yīng)力循環(huán)條件下，裂紋在彈性區(qū)內(nèi)的擴(kuò)展規(guī)律。該當(dāng)闡明，這些規(guī)律的運(yùn)用范圍是低應(yīng)力、高循環(huán)、低擴(kuò)展速率。該當(dāng)闡明，這些規(guī)律的運(yùn)用范圍是低應(yīng)力、高循環(huán)、低擴(kuò)展速率。 mtCdNda)(/裂紋張開位移幅度裂紋張開位移幅度t就是影響裂紋擴(kuò)展速率的主要參量。就是影響裂紋擴(kuò)展速率的主要參量。 低周疲勞塑性疲勞或應(yīng)變疲勞的裂紋擴(kuò)展速率6.7.3 6.7.3 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的估算疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的估算以帕瑞斯公式為例，那么以帕瑞斯公式為例，那么 ：nKCdNda)(000()fcNaf

13、nNadaNNNdNCK對(duì)上式求定積分：對(duì)上式求定積分：對(duì)于無(wú)限大板中心穿透裂紋對(duì)于無(wú)限大板中心穿透裂紋 aK120012()12 ()nccfncaaNNNC naan=2時(shí)，疲勞裂紋擴(kuò)展壽命為：時(shí)，疲勞裂紋擴(kuò)展壽命為： 于是于是00111()cfnaNNNnCa假設(shè)以福曼公式為例，那么：假設(shè)以福曼公式為例，那么： 時(shí)當(dāng)2n對(duì)于無(wú)限大板中心穿透裂紋的情況：對(duì)于無(wú)限大板中心穿透裂紋的情況： 02233200211111()23ffnnnnffKNNNCnnKKKK00202ffffKNNNKInKKKC 0020211ffffKNNNKInKKKC時(shí)當(dāng)3n時(shí)且當(dāng)32nn()(1)nICdaCK

14、dNr KK(1)fICKr K用用Kf表示對(duì)應(yīng)于臨界裂紋尺寸表示對(duì)應(yīng)于臨界裂紋尺寸ac時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值，有：時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值，有： 對(duì)于應(yīng)變疲勞的情況，由于此時(shí)最大應(yīng)變?cè)?jīng)與屈服應(yīng)變相當(dāng)，對(duì)于應(yīng)變疲勞的情況，由于此時(shí)最大應(yīng)變?cè)?jīng)與屈服應(yīng)變相當(dāng)，裂紋尖端的塑性區(qū)很大，故必需用彈塑性斷裂力學(xué)來(lái)分析疲勞裂裂紋尖端的塑性區(qū)很大，故必需用彈塑性斷裂力學(xué)來(lái)分析疲勞裂紋擴(kuò)展速率，也就是說(shuō)利用裂紋尖端張開位移幅度紋擴(kuò)展速率，也就是說(shuō)利用裂紋尖端張開位移幅度或或J積分幅積分幅度度J作為控制裂紋擴(kuò)展速率的主要參量，即：作為控制裂紋擴(kuò)展速率的主要參量，即：ndaAdN mdaBJdN 式中的式中的A，n和

15、和B，m在一定條件下是資料常數(shù)。在一定條件下是資料常數(shù)。 3 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)二、焊接鋼構(gòu)造疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算二、焊接鋼構(gòu)造疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算一我國(guó)鋼構(gòu)造的規(guī)范一我國(guó)鋼構(gòu)造的規(guī)范 我國(guó)現(xiàn)行鋼構(gòu)造的規(guī)范我國(guó)現(xiàn)行鋼構(gòu)造的規(guī)范GB-17-88與原設(shè)計(jì)規(guī)與原設(shè)計(jì)規(guī)范范TL17-74相比，在鋼構(gòu)造疲勞強(qiáng)度計(jì)算中作相比，在鋼構(gòu)造疲勞強(qiáng)度計(jì)算中作了一些改動(dòng)，在原設(shè)計(jì)規(guī)范中，根本金屬和銜了一些改動(dòng)，在原設(shè)計(jì)規(guī)范中，根本金屬和銜接的疲勞計(jì)算采用疲勞許用應(yīng)力法進(jìn)展。在接的疲勞計(jì)算采用疲勞許用應(yīng)力法進(jìn)展。在GB-17-18的疲勞計(jì)算中采用允許應(yīng)力范圍方法；的疲勞計(jì)算中采用允許應(yīng)力范圍方法；應(yīng)力按彈性

16、形狀計(jì)算。應(yīng)力按彈性形狀計(jì)算。 允許應(yīng)力范圍按構(gòu)件和銜接類別以及應(yīng)力循允許應(yīng)力范圍按構(gòu)件和銜接類別以及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)確定。如表環(huán)次數(shù)確定。如表1所示所示(見資料。見資料。 IWE-3/3.14-153 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)同時(shí)還規(guī)定：同時(shí)還規(guī)定：1在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不計(jì)算疲勞強(qiáng)度；計(jì)算疲勞強(qiáng)度； 2本計(jì)算不適用于特殊條件如構(gòu)件外表本計(jì)算不適用于特殊條件如構(gòu)件外表溫度高于溫度高于150，構(gòu)件處于海水腐蝕環(huán)境，焊，構(gòu)件處于海水腐蝕環(huán)境，焊后熱處置消除焊接剩余應(yīng)力以及低周高應(yīng)變疲后熱處置消除焊接剩余應(yīng)力以及低周高應(yīng)變疲勞條件等的構(gòu)造元件及

17、其銜接的疲勞計(jì)算。勞條件等的構(gòu)造元件及其銜接的疲勞計(jì)算。IWE-3/3.14-153 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 規(guī)范中規(guī)定對(duì)常幅疲勞一切應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力范規(guī)范中規(guī)定對(duì)常幅疲勞一切應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力范圍堅(jiān)持常量，應(yīng)按下式進(jìn)展計(jì)算：圍堅(jiān)持常量，應(yīng)按下式進(jìn)展計(jì)算：式中：式中：-對(duì)焊接部位為應(yīng)力范圍對(duì)焊接部位為應(yīng)力范圍 對(duì)非焊接部位為折算應(yīng)力范圍對(duì)非焊接部位為折算應(yīng)力范圍 -常幅疲勞的允許應(yīng)力范圍常幅疲勞的允許應(yīng)力范圍Mpa應(yīng)按下式計(jì)算：應(yīng)按下式計(jì)算：式中：式中：n - 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)； c、-常數(shù)，根據(jù)表常數(shù)，根據(jù)表1中的類別按表中的類別按表2計(jì)算。計(jì)算。minmaxminma

18、x7 . 01ncIWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 對(duì)于重級(jí)任務(wù)制吊車梁和重級(jí)、中級(jí)任務(wù)制對(duì)于重級(jí)任務(wù)制吊車梁和重級(jí)、中級(jí)任務(wù)制吊車桁架的疲勞，可作為常幅疲勞按下式計(jì)算：吊車桁架的疲勞，可作為常幅疲勞按下式計(jì)算： 式中：式中： af 欠載效應(yīng)的等效系數(shù)按表欠載效應(yīng)的等效系數(shù)按表3采用采用 -循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)n為為2106次的允許應(yīng)力范次的允許應(yīng)力范圍按表圍按表4采用采用6102fa6102IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 對(duì)變幅疲勞按應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力范圍隨機(jī)對(duì)變幅疲勞按應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力范圍隨機(jī)變化，假設(shè)能測(cè)出構(gòu)造在運(yùn)用壽命期間

19、各種變化，假設(shè)能測(cè)出構(gòu)造在運(yùn)用壽命期間各種載荷的頻率分布、應(yīng)力范圍程度以及頻次分布載荷的頻率分布、應(yīng)力范圍程度以及頻次分布總和所構(gòu)成設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，那么可將其折算為等總和所構(gòu)成設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，那么可將其折算為等效常幅疲勞，并按下式進(jìn)展計(jì)算：效常幅疲勞，并按下式進(jìn)展計(jì)算： 式中：式中：e -變幅疲勞的等效應(yīng)力范圍，變幅疲勞的等效應(yīng)力范圍， eIWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) e 按下式確定：按下式確定：i 第第i級(jí)應(yīng)力范圍；級(jí)應(yīng)力范圍； 以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的構(gòu)造預(yù)期運(yùn)以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的構(gòu)造預(yù)期運(yùn)用壽命；用壽命； ni 預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力范圍程度到達(dá)預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力范圍程度到

20、達(dá)i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 in1iiien)(nIWE-3/3.14-153 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)二歐洲鋼構(gòu)造協(xié)會(huì)二歐洲鋼構(gòu)造協(xié)會(huì)ECCS的鋼構(gòu)造疲的鋼構(gòu)造疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范勞設(shè)計(jì)規(guī)范 本規(guī)范為接受疲勞載荷鋼構(gòu)造的評(píng)價(jià)、制造、本規(guī)范為接受疲勞載荷鋼構(gòu)造的評(píng)價(jià)、制造、檢查和維修，提供了系統(tǒng)的原理和方法，該文檢查和維修，提供了系統(tǒng)的原理和方法，該文稿遭到在相關(guān)領(lǐng)域任務(wù)的大多數(shù)國(guó)際組織的審稿遭到在相關(guān)領(lǐng)域任務(wù)的大多數(shù)國(guó)際組織的審核，并已作為核，并已作為 “第三本歐洲規(guī)范第三本歐洲規(guī)范“Eurocode3鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)一書第九章鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)一書第九章“疲勞的根本資料。疲勞的根本資料。

21、構(gòu)造可以接受應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取決于：公稱應(yīng)構(gòu)造可以接受應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取決于：公稱應(yīng)力范圍及特定構(gòu)造構(gòu)件的細(xì)節(jié)類型。詳細(xì)地講力范圍及特定構(gòu)造構(gòu)件的細(xì)節(jié)類型。詳細(xì)地講可以解析地以下式表示可以解析地以下式表示 ： 用于強(qiáng)度低于用于強(qiáng)度低于700Mpa的資料的資料IWE-3/3.14-153 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 式中：式中：R -本規(guī)范中給出的在給定應(yīng)力循本規(guī)范中給出的在給定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下，以應(yīng)力范圍定義的疲勞強(qiáng)度如圖環(huán)次數(shù)下，以應(yīng)力范圍定義的疲勞強(qiáng)度如圖18所示。所示。 rm和和 rs 分別為思索疲勞強(qiáng)度和載荷的平分別為思索疲勞強(qiáng)度和載荷的平安系數(shù)。安系數(shù)。 對(duì)疲勞強(qiáng)度對(duì)疲勞強(qiáng)度R選取的

22、平安系數(shù)選取的平安系數(shù)rm，應(yīng)反，應(yīng)反映由于部分應(yīng)力集中、細(xì)節(jié)尺寸、冶金效應(yīng)、映由于部分應(yīng)力集中、細(xì)節(jié)尺寸、冶金效應(yīng)、剩余應(yīng)力、裂紋外形和焊接工序變化等而呵斥剩余應(yīng)力、裂紋外形和焊接工序變化等而呵斥的給定構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度不穩(wěn)定性。的給定構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度不穩(wěn)定性。 rs與構(gòu)件設(shè)計(jì)中所選用的載荷大小、應(yīng)力與構(gòu)件設(shè)計(jì)中所選用的載荷大小、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、設(shè)計(jì)應(yīng)力譜的等效常幅化有關(guān)。該循環(huán)次數(shù)、設(shè)計(jì)應(yīng)力譜的等效常幅化有關(guān)。該二系數(shù)二系數(shù)rm 、rs適用于在設(shè)計(jì)中根據(jù)構(gòu)造特性取適用于在設(shè)計(jì)中根據(jù)構(gòu)造特性取值，但不應(yīng)小于值，但不應(yīng)小于1。ssmRrrIWE-3/3.14-153 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接

23、構(gòu)造的設(shè)計(jì)105106107108105 限截止限slope m=5.0052slope m=3.00Limit by material S-N curve橫幅疲勞限細(xì)節(jié)類型160140125112901005045406371805636 log RlogNIWE-3/3.14-153 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 該圖中在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪出一平行等距直線該圖中在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪出一平行等距直線表示的不同接頭類型的疲勞強(qiáng)度，即把縱坐標(biāo)表示的不同接頭類型的疲勞強(qiáng)度，即把縱坐標(biāo)刻度分為刻度分為20級(jí)在級(jí)在1001000Mpa之間，每之間，每一級(jí)大約有一級(jí)大約有12的疲勞強(qiáng)度區(qū)別。的疲勞強(qiáng)度區(qū)

24、別。 詳細(xì)可用下式表達(dá)：詳細(xì)可用下式表達(dá)： 式中的式中的R可由表查出。可由表查出。mRCNRmCNlogloglogIWE-3/3.14-153 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 要闡明的是：要闡明的是： 第一：第一： 表中的細(xì)節(jié)類型號(hào)如表中的細(xì)節(jié)類型號(hào)如160,140是壽命為是壽命為N=2106次應(yīng)力循環(huán)時(shí)次應(yīng)力循環(huán)時(shí)R的值。它的值。它與表與表4-6的細(xì)節(jié)類型號(hào)相呼應(yīng)；另外把圖中的細(xì)節(jié)類型號(hào)相呼應(yīng)；另外把圖中的常幅疲勞極限定義為壽命為的常幅疲勞極限定義為壽命為5106次應(yīng)力循次應(yīng)力循環(huán)時(shí)的疲勞強(qiáng)度，當(dāng)構(gòu)件全部應(yīng)力范圍低于該環(huán)時(shí)的疲勞強(qiáng)度，當(dāng)構(gòu)件全部應(yīng)力范圍低于該常幅疲勞強(qiáng)度時(shí)。無(wú)需進(jìn)展疲

25、勞計(jì)算。常幅疲勞強(qiáng)度時(shí)。無(wú)需進(jìn)展疲勞計(jì)算。 第二：截止限定義壽命為第二：截止限定義壽命為10次應(yīng)力循環(huán)時(shí)次應(yīng)力循環(huán)時(shí)的疲勞強(qiáng)度，一切低于截止限的應(yīng)力范圍?？傻钠趶?qiáng)度，一切低于截止限的應(yīng)力范圍。可略去不計(jì)。略去不計(jì)。 IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 第三：圖中各疲勞強(qiáng)度的平行線。其第三：圖中各疲勞強(qiáng)度的平行線。其m值為值為。另外，圖中疲勞強(qiáng)度曲線是以板厚為。另外，圖中疲勞強(qiáng)度曲線是以板厚為mm的式樣實(shí)驗(yàn)獲得的。當(dāng)板厚超越的式樣實(shí)驗(yàn)獲得的。當(dāng)板厚超越mm時(shí)。時(shí)?？捎孟率焦浪銖?qiáng)度?？捎孟率焦浪銖?qiáng)度。 式中式中: Rc-細(xì)節(jié)校正后的疲勞強(qiáng)度；細(xì)節(jié)校正后的疲勞強(qiáng)度；

26、 R未經(jīng)校正過的的疲勞強(qiáng)度。未經(jīng)校正過的的疲勞強(qiáng)度。 B - 板厚板厚mm。BRRc254IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)第四，切應(yīng)力疲勞強(qiáng)度曲線，通常此種疲勞失第四，切應(yīng)力疲勞強(qiáng)度曲線，通常此種疲勞失效時(shí)裂紋擴(kuò)展是沿角焊縫截面最大高度。效時(shí)裂紋擴(kuò)展是沿角焊縫截面最大高度。104105106107108109截止限slope m=5.0052分類80 log RlogN截面進(jìn)展的，截面進(jìn)展的，此時(shí)此時(shí)m取為，取為，截止限仍為截止限仍為108 次應(yīng)力循環(huán)，但次應(yīng)力循環(huán)，但沒有常幅疲勞限，沒有常幅疲勞限，如圖如圖19所示。表所示。表11為切應(yīng)力疲勞為切應(yīng)力疲勞強(qiáng)度

27、強(qiáng)度R的數(shù)值的數(shù)值IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍e,可采用可采用Miner的累加法那么計(jì)算的累加法那么計(jì)算式中：式中：K 為應(yīng)力譜中不同應(yīng)力范圍的總數(shù)；為應(yīng)力譜中不同應(yīng)力范圍的總數(shù)；ni 對(duì)應(yīng)于應(yīng)力范圍的對(duì)應(yīng)于應(yīng)力范圍的i應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)； N設(shè)計(jì)壽命期間內(nèi)一切應(yīng)力范圍下的循環(huán)數(shù)設(shè)計(jì)壽命期間內(nèi)一切應(yīng)力范圍下的循環(huán)數(shù)的總和；的總和； i 第第i級(jí)應(yīng)力范圍值。級(jí)應(yīng)力范圍值。mkiimieNn/11IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 留意本規(guī)范只適用于屈服點(diǎn)低于留意本規(guī)范只適用于屈服點(diǎn)低于700Mp

28、a的各的各種等級(jí)的構(gòu)造鋼，規(guī)范不適用于低周種等級(jí)的構(gòu)造鋼，規(guī)范不適用于低周-高應(yīng)變疲高應(yīng)變疲勞；即任一標(biāo)稱應(yīng)力范圍超越屈服點(diǎn)勞；即任一標(biāo)稱應(yīng)力范圍超越屈服點(diǎn)S的的1.5倍倍時(shí)，不能采用本疲勞評(píng)價(jià)程序。時(shí)，不能采用本疲勞評(píng)價(jià)程序。 另外本規(guī)范沒有思索由于腐蝕而引起的疲勞強(qiáng)另外本規(guī)范沒有思索由于腐蝕而引起的疲勞強(qiáng)度降低，服役溫度高于度降低，服役溫度高于150的構(gòu)造也不能采的構(gòu)造也不能采用本規(guī)范進(jìn)展疲勞評(píng)價(jià)。用本規(guī)范進(jìn)展疲勞評(píng)價(jià)。IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì) 三國(guó)際焊接學(xué)會(huì)的循環(huán)加載焊接鋼構(gòu)造的三國(guó)際焊接學(xué)會(huì)的循環(huán)加載焊接鋼構(gòu)造的設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)范(IIW.Doc

29、 639-81) 該疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范適用于焊態(tài)的屈服點(diǎn)該疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范適用于焊態(tài)的屈服點(diǎn)低于低于700Mpa的碳鋼、碳錳鋼和細(xì)晶粒鋼調(diào)質(zhì)的碳鋼、碳錳鋼和細(xì)晶粒鋼調(diào)質(zhì)鋼材的焊接接頭。它不針對(duì)某一詳細(xì)產(chǎn)品，也鋼材的焊接接頭。它不針對(duì)某一詳細(xì)產(chǎn)品，也不適用在嚴(yán)重腐蝕介質(zhì)下任務(wù)的焊接構(gòu)件。不適用在嚴(yán)重腐蝕介質(zhì)下任務(wù)的焊接構(gòu)件。 該規(guī)范的出發(fā)點(diǎn)是焊接構(gòu)造的疲勞壽命依賴于該規(guī)范的出發(fā)點(diǎn)是焊接構(gòu)造的疲勞壽命依賴于構(gòu)造內(nèi)各焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，而焊接接頭的構(gòu)造內(nèi)各焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，而焊接接頭的疲勞強(qiáng)度主要決議于施加的應(yīng)力范圍和接頭類疲勞強(qiáng)度主要決議于施加的應(yīng)力范圍和接頭類別所決議的應(yīng)力集中情況。別所決議的應(yīng)

30、力集中情況。IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)1、疲勞強(qiáng)度評(píng)定程序、疲勞強(qiáng)度評(píng)定程序 首先根據(jù)載荷的歷程編制構(gòu)造任務(wù)形狀的各個(gè)首先根據(jù)載荷的歷程編制構(gòu)造任務(wù)形狀的各個(gè)接頭的應(yīng)力譜，再根據(jù)本規(guī)范提供的相關(guān)曲線，接頭的應(yīng)力譜，再根據(jù)本規(guī)范提供的相關(guān)曲線，采用適當(dāng)?shù)膿p傷累積實(shí)際方法計(jì)算在此任務(wù)應(yīng)力采用適當(dāng)?shù)膿p傷累積實(shí)際方法計(jì)算在此任務(wù)應(yīng)力譜下各個(gè)接頭的疲勞壽命，那么可以思索采用本譜下各個(gè)接頭的疲勞壽命，那么可以思索采用本接頭方式、類別。接頭方式、類別。 該當(dāng)指出，對(duì)于應(yīng)力范圍堅(jiān)持不變的常幅載荷，該當(dāng)指出，對(duì)于應(yīng)力范圍堅(jiān)持不變的常幅載荷，作為特例其計(jì)算程序?yàn)榘驯疽?guī)范的各

31、有關(guān)作為特例其計(jì)算程序?yàn)榘驯疽?guī)范的各有關(guān)S-N曲曲線所給定的壽命與需求的壽命直接進(jìn)展比較。線所給定的壽命與需求的壽命直接進(jìn)展比較。判別接頭接納與否的程序流程為：判別接頭接納與否的程序流程為： IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)載荷歷程載荷歷程應(yīng)力譜應(yīng)力譜焊接接頭細(xì)部類別焊接接頭細(xì)部類別相關(guān)的S-N曲線相關(guān)的S-N曲線損傷累計(jì)計(jì)算損傷累計(jì)計(jì)算推算壽命推算壽命與需求的壽命比較與需求的壽命比較IWE-3/3.14-154 動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接構(gòu)造的設(shè)計(jì)1 2、程序中主要內(nèi)容、程序中主要內(nèi)容 1應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算: 接頭中的應(yīng)力普通就為法向接頭中的應(yīng)力普通就為法向應(yīng)力，在焊縫附近如有開孔、拐角應(yīng)力集中要應(yīng)力，在焊縫附近如有開孔、拐角應(yīng)力集中要素時(shí)，計(jì)算中應(yīng)予思索。這是由于在本規(guī)范的素時(shí)，計(jì)算中應(yīng)予思索。這是由于在本規(guī)范的接頭內(nèi)型中未思索這一要素。接頭內(nèi)型中未思索這一要素。2S-N曲線曲線: 本疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范的數(shù)據(jù)是建立本疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范的數(shù)據(jù)是建立在焊接試樣的常幅疲勞實(shí)驗(yàn)根底上的，在焊接試樣的常幅疲勞實(shí)驗(yàn)根底上的，S-N曲曲線一雙對(duì)數(shù)