第30卷,第4期 中国铁道科学Vo l 30No 4
2009年7月 CH INA RAILWAY SCIEN CE
July,2009
文章编号:1001-4632(2009)04-0069-07
钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展
周张义,李 芾,安 琪,黄运华,卜继玲
(西南交通大学机车车辆工程系,四川成都 610031)
摘 要:在平板焊接钢结构焊缝疲劳强度分析中,近年来国外主要发展起了等效结构应力法和表面外推热点应力法2种新方法。等效结构应力法考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析结构应力,确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸的不敏感,从而有效区分不同焊接接头类型的焊趾结构应力集中情形;以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响基础上,基于断裂力学分析确定与焊缝疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程;基于上述应力计算和转化方法对焊缝疲劳试验结果数据进行处理,建立焊缝疲劳强度设计单一主S N 曲线,实现对钢结构焊缝的疲劳强度评定和寿命预测。通过比较分析可知,表面外推热点应力法适用于钢结构焊缝设计阶段的方案比较及方案优化;等效结构应力法较适合对钢结构焊缝最终设计方案进行更为精确的焊缝疲劳强度评定和寿命预测以及不能用表面外推热点应力法进行钢结构焊缝疲劳强度分析时。 关键词:等效结构应力;网格不敏感;有限元法;焊趾;疲劳分析;表面外推 中图分类号:T G457 11 文献标识码:A
收稿日期:2008-10-27;修订日期:2009-02-26 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50821063)
作者简介:周张义(1982 ),男,山西霍州人,博士研究生。
对于平板焊接钢结构的疲劳设计,按照传统的焊接细节分类法需要严格确定特定接头几何形状和载荷模式下的名义应力及相应疲劳抗力数据[1-4],故很大程度上影响了焊接细节分类法在工程中的应用。为了完善或替代焊接细节分类法,针对广泛存在的结构焊趾疲劳,新发展的2种适合于有限元技术的表面外推热点应力法和等效结构应力法,通过将焊趾结构应力集中考虑在应力分析之中,一方面可适应有限元强大的应力分析技术,另一方面避免了对疲劳设计S N 曲线的选择。表面外推热点应力法在国内相关行业的应用研究已得到普遍关注
[5-7]
。而等效结构应力法虽然在2007版ASME
锅炉及压力容器标准[8]
、以及API/ASME 合于使用性评定标准[9]中均推荐将其应用于焊缝疲劳分析,但至今国内尚未有技术文献详细介绍。有鉴于此,本文在阐述、分析等效结构应力法的基础上将它与表面外推热点应力法进行对比,研究分析2种方法各自存在的优势和局限性,以及在实际工程的结构疲劳设计中的合理应用方式。
1 等效结构应力法剖析
等效结构应力法是1种新型焊接结构疲劳寿命预测技术
[10-13]
,可广泛应用于不同工业领域的各类
形式焊接承载部件的焊趾疲劳分析,如压力容器、
管道、海上平台、船舶、地面车辆等结构的管件及平板焊接接头[14-18]。该方法主要基于以下2项关键技术: 考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析其结构应力(即热点应力),确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸均不敏感,从而有效区分不同接头类型的焊趾结构应力集中情形; 以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响的基础上,基于断裂力学分析确定与疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程。进而将其应用于处理疲劳试验结果数据,构建出单一通用的疲劳设计主S N 曲线,从而基于等效结构应力并结合该主S N 曲线进行焊接结构的疲劳强度评定及寿命预测。
1 1 网格不敏感结构应力计算
1 1 1 结构应力定义
在焊趾缺口附近沿板厚方向的应力分布通常是非线性的,焊趾部位垂直于竖向假设裂纹面的实际正应力分布如图1所示。按平衡等效条件,该实际缺口的正应力可分解为沿板厚t 分布的膜正应力 m 、弯曲正应力 b 和非线性正应力峰值 p ,结构应力即定义为焊趾表面膜正应力和弯曲正应力之和。若已知板厚t 方向的正应力分布函数 (x ),则结构应力 s 可通过常规的线性化法按下式确定:
m
=1
t
x=t
x =0
(x )d x b =6
t
x=t
x=0 (x )
t 2
-x
d x
s = m + b
(1)
图1 焊趾非线性正应力分布及分解量
1 1
2 改进线性化法结构应力计算
在实际中通常不能应用式(1)计算结构应力。因为:焊趾前沿为几何不连续区域,局部应力集中主要受控于自平衡的非线性应力分布,在理想有限元模型中该部位为应力奇异点,故应力分析结果对单元类型、网格形状及网格尺寸等因素极为敏感;对于焊接结构工程分析中应用最多的板壳有限元模型,几何不连续处单元的应力分析结果是符合板壳理论的收敛解,实际焊趾处的局部应力被强制服从板壳理论,应力在板厚方向呈线性化分布,但有别于按式(1)计算出的结构应力。
为消除或降低结构应力分析结果对网格的敏感性,等效结构应力法建议可采用改进线性化进行计算(主要针对三维实体模型),如图2所示。结构应力的平衡等效条件不但要在假设裂纹面A A 处满足,还需在其临近参考面B B 处满足。对于结构应力沿板厚方向呈单调分布的情形,当截面A A 和B B 间表面无外力作用且可忽略惯性力时,组成结构应力的膜正应力和弯曲正应力按式(2)和式(3)计算。其中式(2)表征2个截面在x 方向的力平衡关系,式(3)表征2个截面相对A A
截面在O 点(y =0)的力矩平衡关系。
m =1
t
y=t
y =0
x (y )d y (2)
m t 22+ b t 2
6
= y=t
y =0
x
(y )y d y +
y=t
y=0
xy
(y )d y
(3)
式中: x (y )和 xy (y )分别为B B 截面上的正应力和横向剪应力分布;t 为焊趾处结构板厚; 为A A 截面和B B 截面间的距离。
图2 改进线性化法结构应力计算
针对改进线性化法结构应力计算,文献
[19] 文献[21]进行的大量对比研究表明,在三维应力集中情况下结构应力对网格的敏感性并不能得到完全解决。文献[22]对这一问题的解释是:等效结构应力法的结构应力对网格不敏感性根本上应采用节点力法实现,改进线性化法仅在网格尺寸可足够准确描述分析部位几何特征的情形下作为1种可选方法。
1 1 3 节点力法结构应力计算
节点力法结构应力的计算原理:组成结构应力的膜正应力分量和弯曲正应力分量分别由作用在其板厚截面上的轴向线力f 和线力矩m 导致,如图3所示,进而可按式(4)材料力学的简单梁公式计算膜正应力和弯曲正应力。
m =f /t
b =6m /t
2(4)
图3 节点力法结构应力计算原理
在具体有限元分析中,计算结构应力所需的线力和线力矩由节点力和力矩分析结果依据单元形函
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数按功等效原理导出,即节点力或力矩在节点位移上的做功等于线力或线力矩在相同节点位移上的做功。式(5)和式(6)分别为计算模型采用三维二阶壳单元时,计算线力和线力矩应用的方程。其他单元的相应求解公式见文献[8]。
f 1=3(6NF 1+2NF 3-NF 2)/(2w )f 2=-3(2NF 1+2NF 3-3NF 2)/(4w )f 3=3(2NF 1+6NF 3-NF 2)/(2w )(5)
m 1=3(6NM 1+2NM 3-
NM 2)/(2w )m 2=-3(2NM 1+2NM 3-3NM 2)/(4w )m 3=3(2NM 1+6NM 3-NM 2)/(2w )
(6)
式中:f i ,m i ,N F i ,N M i 分别为平行于单元宽度w 、垂直于假设焊趾裂纹面的3个节点的线力、线力矩、内力和内力矩,i =1,2,3。
结构应力计算使用的节点力结果(三维二阶壳单元有限元模型)如图4所示。
图4 结构应力计算使用的节点力结果
(三维二阶壳单元有限元模型)
1 2 等效结构应力转化
1 2 1 基于结构应力的 K 计算
将焊趾初始裂纹考虑为板边缘或板面半椭圆表面 型扩展裂纹,定义疲劳失效准则为出现穿透板厚的裂纹,视结构应力为裂纹扩展远端驱动力,则根据叠加原理,板边缘裂纹尖端的应力强度因子范围 K 为
K =t[ m f m (a/t)+ b f b (a/t)]
(7)
式中: m , b 分别为结构应力范围 s 的膜正应力范围分量和弯曲正应力范围分量;f m (a/t),f b (a/t)分别为膜应力和弯曲应力单独作用时确定应力强度因子范围的无量纲权函数,可从众多文献中查得;a 和t 分别为裂纹扩展深度和板厚。
1 2 2 裂纹扩展分析
通过大量试验结果分析,可将整个裂纹扩展划分为2阶段:短裂纹扩展阶段(a/t 0 1)和长裂纹扩展阶段(a/t >0 1)。预测疲劳寿命应用的裂纹扩展方程为
N =
a/t=1
a/t 0
t d (a/t)C(M kn )n ( K )m
=
1C
t 1-m 2
( s )-m I (r)(8)
式中:N 为预测疲劳寿命值;M kn 为焊趾缺口导致的应力强度因子放大系数,用于短裂纹扩展阶段对 K 进行修正,其计算式见文献[13];n 为短裂纹扩展阶段的裂纹扩展指数,按经验取值为2;m 为常规的Par is 方程裂纹扩展指数,等效结构应力法中取值为3 6;I (r )为载荷弯曲比r (r = b / s )的无量纲函数,为载荷模式修正系数,可通过对式(9)在不同r 下的积分结果进行曲线拟合得到 I (r)=
a/t=1
a/t 0
d (a/t)
[M kn ]n
{f m (a/t)-r [f m (a/t)-f b (a/t)]}m
(9)
分析表明,当确定出I (r )后,式(8)表征了1组与结构板厚t 和载荷弯曲比r 相关的基于结构应力范围的疲劳强度 s N 曲线。通过式(10)对其进行适当变换,则可相应按式(11)定义能同时考虑焊趾结构应力集中( s )效应、结构板厚尺寸(t )效应及载荷模式(I (r ))效应而直接与
疲劳寿命相关的等效参量,从而构建出单一基于等效结构应力范围的疲劳强度 S N 曲线。
s
t 2-m 2m I (r )1m
-m
=CN (10) S =
s
t
2-m 2m
I (r )1
m
(11)
式中: S 为等效结构应力范围参量;I (r )为按式(9)对大量积分结果数据进行曲线拟合得出的载荷模式修正无量纲函数,I (r )=0 294r 2+
0 846r +25 815。
1 2 3 疲劳设计主S N 曲线确定
基于以上焊趾结构应力计算及等效结构应力转化技术,文献[12]对近50多年来的上千个焊接接头疲劳试验结果数据进行了重新处理,经线性回归统计分析,确定出了基于等效结构应力范围的疲劳设计主S N 曲线,95%存活率下其确定方程为
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第4期 钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展
lo g N =11 4423091-3 055853log S (12) 由于构建的基于等效结构应力范围的疲劳设计主曲线应用的所有S N 数据点来自不同接头类型(管件及平板对接、十字、纵向加强筋接头等)、载荷模式(远端纯拉伸、纯弯曲及复合状态)、结构板厚(从5至100mm )、母材强度(普碳钢、中高强度钢)等试件的试验结果,并囊括了约100个全尺寸管件和平板接头试件(部分来自支撑BS 7608标准疲劳设计曲线的数据)。统计表明[12],所有S N 数据点以标准差表征的分散度水平约为0 25,较某些单一接头细节基于名义应力表征的试验结果分散度还小。可见,一方面不同接头类型的焊趾结构应力集中差异,在网格不敏感结构应力计算中得到了有效区分;另一方面焊趾缺口、板厚尺寸及载荷模式3类主要疲劳影响因素,则在基于断裂力学原理的等效结构应力转化中得到了合理考虑。故试验数据的分散度得到了很大程度上的压缩,相应确定的S N 曲线用于疲劳设计时具有较高的精度和可靠性。1 3 实用分析
通过以上对等效结构应力法较全面的分析探讨,可知其在实际应用中最主要是需按规定方法严格计算关注部位的网格不敏感结构应力,该环节直接决定疲劳分析的正确性和精确性。完成结构应力分析后,即可直接应用式(11)导出等效结构应力参量,并进而结合式(12)所示的主S N 曲线进行疲劳强度评定及寿命预测。
在结构应力计算中,所有情形下均建议唯一采用节点力法。因为对于基于位移的有限元法,节点力是最精确和对网格最不敏感的的结果量之一,且其在所有节点及单元部位均自动满足平衡条件。故由分析部位节点力结果直接导出结构应力能达到普遍意义的网格不敏感性,并确保分析精确性。而改进线性化法根本上基于对单元类型、网格形状和尺寸均较敏感的有限元应力结果,结构应力的网格不敏感性并不能得到完全保证,尤其是复杂的三维应力集中情形。
此外必须指出,尽管等效结构应力法的结构应力分析技术具有较高的可靠性和优越性,但这种方法是建立在需对有限元分析结果进行复杂而严格的后处理及数学运算之上的。故具体应用中各细节的正确实施至关重要,如节点力结果必须在规定的局
部坐标系下导出。不难看出,等效结构应力法要在
工程中得到常规应用,则首先必须开发出相应的结构应力计算程序软件,否则十分不利于工程应用。
2 等效结构应力法与表面外推热点应力法的对比分析
等效结构应力法与表面外推热点应力法具有相同的前提条件,即均试图通过在应力分析中考虑焊趾结构应力集中,以克服名义应力法在应力计算和S N 曲线确定上面临的诸多困难。此外,2种方法都主要针对焊趾疲劳,对起始于焊根、内部焊接缺陷等其他疲劳失效情形不适用。然而,进一步的对比分析表明,2种方法亦存在较大差异。
(1)虽然2种方法定义的焊趾结构或热点应力均为满足平衡等效条件的膜正应力和弯曲正应力之和(如图1和式(1)所示),但按表面线性外推法(如图5和式(13)所示)或表面二次外推法(如图6和式(14)所示)确定的焊趾热点应力值并不一定能满足该平衡等效条件;等效结构应力法采用的节点力法或改进线性化法焊趾结构应力计算,则可严格按其定义满足平衡等效条件。此外,由于有限元节点力计算结果对网格的敏感性远低于应力计算结果,故节点力法结构应力计算可实现对网格的不敏感,较表面外推法热点应力计算具有明显优势。
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s =
x 2 s (x 1)-x 1 s (x 2)
x 2-x 1
(13)
s =[x 2x 3(x 3-x 2) s (x 1)+
x 1x 3(x 1-x 3) s (x 2)+
x 1x 2(x 2-x 1) s (x 3)]/[x 2x 3(x 3-x 2)+x 1x 3(x 1-x 3)+x 1x 2(x 2-x 1)]
(14)
式中:x 1,x 2,x 3分别为外推点1,2,3与焊趾
热点之间的距离; s (x 1), s (x 2), s (x 3)分别为外推点1,2,3处的结构应力值。
(2)表面外推热点应力法直接应用热点应力作为疲劳应力控制参量,板厚尺寸和载荷模式效应通常按经验修正公式考虑,焊趾缺口效应则完全在热点应力S N 曲线中统计考虑;等效结构应力法则基于断裂力学原理的应力转化技术,应用等效结构应力作为疲劳应力控制参量,对上述3类疲劳影响效应进行更为严格的理论考虑。
(3)由于受外推技术本身所限,平板件和管件接头的热点应力通常不能共用相同的外推方法。且对于焊趾结构应力集中程度较低及影响范围较小的接头形式,如简单对接、十字或丁字接头等,外推热点应力值常与名义应力值相同,即焊趾结构应力集中效应不能确保得到有效捕捉,故对这些接头不能应用该方法进行强度分析;等效结构应力法则不受上述限制,其可完全通用于对所有类型形式的管件及平板件焊接结构的疲劳分析。
不难看出,与表面外推热点应力法相比,等效结构应力法具有更为严格的理论基础,它的网格不敏感结构应力计算及等效结构应力转化2项关键技术,使其具有多方面优越性,如分析部位无严格的有限元网格离散要求、焊趾热点部位的应力计算结果精确可靠、相应疲劳强度评定及寿命预测精度较高等。但由于节点力法或改进线性化法的结构应力
分析需对有限元计算结果进行较为复杂的后处理,故在无专业软件支持的情况较难在工程实际中得到常规应用。而表面外推热点应力法的具体实施则相对较为简易,有利于工程实际应用。
通过分析可知,表面外推热点应力法和常规细节分类法适用于焊接结构疲劳设计阶段的方案比较及方案优化改进;等效结构应力法较适合对结构最终方案进行更为精确的疲劳强度评定及寿命预测或应用于前2种方法均不适用的情形。
3 结 论
(1)等效结构应力法的结构应力可应用有限元法确定,且通过将其转换为能同时考虑结构应力集中、板厚及载荷模式效应的等效结构应力,疲劳设计采用单一的主S N 曲线,从而避免了焊接细节分类法对结构复杂接头部位名义应力值及相应疲劳设计S N 曲线的确定难度。
(2)由于有限元节点力计算结果对网格的敏感性远低于应力计算结果,故等效结构应力法采用的节点力法结构应力计算可实现对网格的不敏感,较基于表面外推法的结构应力计算具有明显优势。
(3)等效结构应力法具有广泛的适用性,可应用于不同工业领域的各类形式焊接承载部件的疲劳设计和分析,在铁道行业中,诸如桥梁、特别是机车车辆等领域具有参考和借鉴价值。
(4)等效结构应力法的结构应力计算需对有限元分析结果进行相对复杂的后处理,且其仅适用于潜在的疲劳失效发生于焊趾部位的情形,对起始于焊根以及内部焊接缺陷等疲劳失效情形不适用。
参
考
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Latest Development of Fatigue Strength Analysis
Technology for Welds in Steel Structures
ZH OU Zhangyi,LI Fu,A N Q i,H U A N G Y unhua,BU Jiling (Department of V ehicle Engineer ing,So ut hw est Jiaotong U niver sity,Chengdu Sichuan 610031,China)
Abstract:Aiming at the fatig ue strength analy sis of welds in w elded steel str uctures,tw o new methods
w ere mainly developed recently in overseas co untries,including equiv alent str uctural stress m ethod and surface extrapo lation hot spot stress metho d.For the equivalent structural stress method,the structural stress w as analyzed by mo dified linearizatio n o r nodal for ces appro ach by considering the w elded toe str uc -tural stress co ncentratio n effect.In that the stress calculation results w ere insensitive to the finite elem ent ty pe,mesh shape and dim ensio ns,so the w elded toe structural stress concentration co nditions for different w elded joints could be distinguished effectively.Subsequently the stress intensity factor w as calculated by using the structural stress as the contro l par am eter.Based on mainly co nsidering the effects of the welded to e notch,plate thickness and lo ading mode,the stress parameter relevant to the fatig ue lives of w elds d-i r ectly w ere defined by using the fracture m echanics and the formula for equivalent structur al str ess trans -form ation w as determ ined.Based on the above method of stress calculation and transformation,the fatigue testing results data w ere analyzed.T hen the single fatig ue desig n m aster S N curve,w hich is necessar ily impo rtant in the fatig ue strength assessment and life prediction,w as established.It is know n fr om the com pariso ns and analyses that the surface extrapolatio n hot spot stress method is suit for com paring and optimizing the schem e in w elded structures fatig ue desig n step,and the equiv alent structural stress method is suit fo r assessing the fatig ue strength and predicting lives m ore accurately for final structural scheme,o r applied in the conditions that the surface extrapolatio n ho t spot stress metho d can not be used.
Key words:Equivalent str uctural stress;M esh insensitivity;Finite element method;Welded toe;Fatigue analysis;Surface ex tr apolation
(责任编辑 杨宁清)
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的科研成果,并参考国外的相关技术标准,对预制混凝土轨道板(轨道板模板、钢筋编组、预埋件安装、混凝土养护、封锚砂浆填压)及原材料(粗细骨料、水泥、水、外加剂、预应力筋和锚具)的技术要求、试验方法、检验规则、标识、存放、运输、装卸以及质保期等进行了详细规定,以满足结构设计和施工的要求。研究成果形成的技术条件于2008年4月通过了铁道部科技司组织的技术评审,并于2008年6月3日向全路行文发布,全面指导CRT S 型板式无砟轨道混凝土轨道板的设计和制造。目前已推广应用于广珠、广深港、海南东环、新广州、沪宁、哈大等客运专线建设。6 客运专线铁路CRTS 型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件
查阅了国内外相关技术资料,对原材料进行比选,初步确定原材料及砂浆的技术指标,研究沥青改性工艺及改性沥青性能、沥青乳化工艺及乳化沥青性能、干料性能、砂浆搅拌工艺、砂浆配制和灌注施工技术。揭示了CR T S 型板式无砟轨道水泥沥青砂浆组成体系、相互作用机理,建立水泥沥青砂浆配合比设计的理论基础。研发出具有自主知识产权的水泥沥青砂浆及其关键组成材料,提出了适用于我国CRT S 型板式无砟轨道结构和不同环境条件的、科学先进的水泥沥青砂浆的性能指标体系及相应的试验方法和技术条件,以及水泥沥青砂浆的制备技术和施工技术。提交了 板式轨道水泥沥青砂浆(SL 砂浆)再创新及其产业化研究报告 和产业化的成套技术方案。研究成果已达到国外相关产品技术水平,所研发的相关产品已成功应用于京津城际铁路、武广客运专线武汉综合试验段、哈大客运专线成高子火车站试验段,为该产品在其他客运专线的应用奠定基础。2008年4月通过了铁道部科技司组织的技术评审。7 京津城际铁路联调联试及试运行工务工程测试 道岔动力性能测试
京津城际铁路联调联试是我国首次进行的时速350km 客运专线联调联试,时速350km 的18号和39号道岔在我国也是第1次使用。按照京津城际铁路18号和39号道岔试验研究大纲的要求,项目组对铺设于永乐站2号和10号岔位的18号道岔及铺设于南仓站下行线的39号道岔进行了测试,主要测试内容有安全性指标、道岔部件变形、道岔关键部件强度、无砟岔枕、轨道板、钢轨件的振动加速度、轨道刚度、转换设备性能、多机控制器性能、液压下拉装置性能、轨道静态观测等。对测试结果的分析表明:京津城际铁路18号道岔的安全性指标、平稳性指标、部件强度、变形、转换和监测设备性能均符合有关规定要求,动车组侧向过岔时18号道岔翼轨横向位移实测最大值达到3 29mm,变形较大,建议加强对翼轨的养护和观测。制定的道岔测试大纲、测试装备、数据处理等方面总体技术接近国际先进水平,为科学评价道岔的优缺点以及评判道岔是否满足时速350km 动车组运行的安全性、平稳性提供了科学依据。2008年7月通过了铁道部科技司组织的技术评审。
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第4期 钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展
焊接对钢结构疲劳的影响及预防措施 自从20世纪初涂药焊条发明至今100年来，焊接已经成为应用最广泛的工艺方法，很难找出另一种发展如此之快，并在应用规模和多样化方面能与焊接相比的工艺，以至于当代许多最重要的技术问题必须采用焊接才能解决，例如造船、铁路、汽车、航空、航天、桥梁、锅炉、大型厂房和高层建筑等都离不开焊接技术的支持。目前在工程生产上，焊接是最主要的连接方法，焊接结构的重量已占钢铁总产量的50%以上，工业发达国家的这一比例已经接近70%。然而焊接结构经常发生断裂事故，其中80%为疲劳失效。在我国，焊接结构因疲劳问题而失效的工程事例也不断出现。例如，90年代末，高速客车转向架中焊接接头的疲劳断裂，以及水轮机叶片根部的疲劳断裂等，都给国家和企业造成了巨大的经济损失。 所谓疲劳是指在循环应力和应变作用下，在一处和几处产生局部永久性积累损伤，经一定的循环次数后产生的裂纹或突然发生断裂的过程。疲劳断裂是金属结构断裂的主要形式之一。大量的统计资料表明，工程结构失效约80%以上是由疲劳引起的。钢结构的疲劳破损是裂纹在重复或交变荷载作用下的不断开展以及最后达到临界尺寸而出现的断裂。疲劳破坏的主要影响因素是应力幅、循环次数和应力集中。一般地说，疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。对于钢结构.实际上只有后两个阶段，因为结构总会有内在的微小缺陷，这些缺陷本身就起着裂纹的作用疲劳破坏的起始点多数在构件的表面。对非焊接构件，表面上的刻痕、轧钢皮
的凹凸、轧钢缺陷和分层以及焰割边不平整，冲孔壁上的裂纹，都是裂源可能出现的地方。对焊接构件，最经常的裂源出现在焊缝趾处，那里常有焊渣侵入。有些焊接构件疲劳破坏起源于焊缝内部缺陷，如气孔、欠焊、夹渣等。 一、影响焊接疲劳强度的主要因素 1．应力集中对疲劳强度的影响 影响焊接结构几何不连续性的因素，都将影响应力集中和疲劳强度。 (1)焊接结构的几何形状结构上几何不连续的部位都会产生不同程度的应力集中。结构的截而变化幅度越大，产生的应力集中越大，结构的疲芳强度越低。 (2)焊接接头形式在接头部位由于传力线受到干扰，因而发生应力集中现象。对接接头的力线干扰较小，因而应力集中系数较小，其疲劳强度也将高于其他接头形式。十字接头或T形接头在焊接结构中得到了广泛的应用。这种承力接头中由于在焊缝向基本金属过渡处具有明显的截而变化，其应力集中系数要比对接接头的应力集中系数高，因此十字或丁形接头的疲劳强度要低于对接接头。提高丁形或十字接头疲劳强度的根本措施是开坡口焊接，并加工焊缝使之圆滑过渡，通过这种改进措施.疲劳强度可有较大幅度的提高。 (3)焊缝局部几何形状的影响焊缝局部几何形状的变化，对焊接结构的疲劳强度将产生十分明显的影响。在一定范围内，余高越大，应力集中系数越大，缺口效应越大，疲劳强度降低。很多人错误的认
电池包强度分析报告 项目名称： 编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：
目录 1分析目的 ---------------------------------------------------------------------------------------- 1 2使用软件说明 ---------------------------------------------------------------------------------- 1 3电池包强度分析模型的建立 ---------------------------------------------------------------- 1 4电池包强度分析边界条件 ------------------------------------------------------------------- 3 5分析结果 ---------------------------------------------------------------------------------------- 3 5.1电池包强度分析结果----------------------------------------------------------------- 3 5.2车身端支架强度分析结果----------------------------------------------------------- 4 6分析结论 ---------------------------------------------------------------------------------------- 5
不同钢结构疲劳强度分析 发表时间：2017-08-31T10:20:36.993Z 来源：《电力设备》2017年第12期作者：孙晓丽赵娜马连凤李晓莉刘谆 [导读] 摘要：随着生产和加工工艺的不断提高，高强度钢材钢结构已经开始在各种电器柜中得到应用，并取得了良好的效益。由于在材料力学性能 （中车永济电机有限公司） 摘要：随着生产和加工工艺的不断提高，高强度钢材钢结构已经开始在各种电器柜中得到应用，并取得了良好的效益。由于在材料力学性能、加工工艺、初始缺陷影响等方面的差别，高强度结构钢材构件的整体稳定性能与普通强度钢材有明显不同。 关键词：疲劳强度；屈服极限；疲劳寿命 1 、概述 钢材的生产工艺与构件的加工工艺是推动钢结构发展的重要因素，钢材力学性能的提高，能够提升钢结构构件的受力性能、安全性能以及钢结构整体的使用功能；同时，实际应用的不断创新也会促进钢结构的发展，这就对钢材的力学性能提出了新的要求，特别是要求结构材料应具有更高的强度。在这一背景之下，采用新的生产冶金工艺开发出了新型高强度结构钢材，先进的加工工艺特别是焊接技术以及与高强度钢材相匹配的焊接材料也陆续出现，高强度结构钢材具备了应用于实际电器柜的基本条件。本文的研究对象主要针对强度等级在420MPa 及以上的新型高强度结构钢材中厚板材（即板厚<40mm）构件。 2、疲劳的定义及特征 疲劳破坏是指材料或结构在循环交变应力或者循环交变应变的作用下,由于某点或某些点所在的部位发生局部永久性结构变化,在经历一定的循环次数后形成裂纹并最后发生断裂的现象,即在交变载荷重复作用下材料或者结构的结构破坏现象。经过人们长期的经验积累和对疲劳破坏事故的认真考察,疲劳破坏的显著特征己初步为人们所掌握,这些特征使疲劳破坏与传统的静力破坏、腐蚀破坏以及其他破坏形式相区别,给人们对事故的分析带来方便。具体的特征包括:长期性、非屈服性、难以预测性、局部性、影响因素多样性、端口形貌特殊性。 疲劳破坏的过程大致就可以描述为以下的“恶性循环阶段”: 应力集中一一争疲劳裂纹出现一一争裂纹尖端新的应力集中一一卜裂纹扩展一一卜构件发生 断裂。 3、影响结构疲劳强度的因素 构件在某一循环载荷下工作时,构件应力值的大小为一般用S来表示。当构件的应力水平S低于某一个应力限度值的时候,如果构件可以在该应力水平作用下承受无限次循环而不发生疲劳破坏,则该应力限度值为材料或者构件的“疲劳极限”。疲劳失效之前机械零部件所经历的应力或者应变循环次数称为“疲劳寿命”,一般用N表示,前面所提到的“韦勒曲线”或者“疲劳曲线”是表示应力幅Sa或者最大应力Sma、与疲劳寿命N之间关系的一种表达方式。一般我们从标准或者书上所查到的一些材料的疲劳极限和S一N曲线,只能代表标准光滑试样的疲劳性能,称之为“中值S一曲线”。但实际零部件的尺寸、形状和表面情况等是多样的,与标准试件存在一定程度上的差别,所以实际构件的疲劳强度、疲劳寿命与标准试样之间也存在一定的差距。 影响结构疲劳强度的因素主要有:形状,尺寸,表面状况,平均应力,腐蚀介质和温度等等,本节主要介绍与本论文相关的因素即形状、尺寸、表面加工方法对材料疲劳强度的影响。 4、理论计算 在钢结构梁的设计中要让力有很好的传导闭合性，就要充分的发挥每个梁的支撑作用。对4mm和6mm钢板的截面模量计算如下： 对安装梁截面模量计算如下： 4mm钢板 6mm钢板 4mm内部加6mm钢板 通过计算4mm钢板对于x-x抗弯截面模量Wx=4.0612cm3 6mm钢板对于x-x的抗弯截面模量Wx=5.8505cm3 4mm内部增加两块6mm钢板后对于x-x的抗弯截面模量Wx=4.0612+1.681*2=7.4232cm3 根据最大弯曲正应力的计算公式：σmax=M/WX 可见，最大弯曲正应力与弯矩成M正比，与抗弯截面模量Wx成反比，当M不变时，Wx越大，所受的最大弯曲正应力越小，根据以上3种情况可以看出，第3种的抗弯截面模量Wx为7.4232cm3，较第1种增加了将近1倍。 5、实验分析 运用计算机分析软件ANSYS分别对4mm钢板折弯，6mm钢板折弯，4mm钢板折弯内侧加焊6mm钢板， 5mmQ235A槽钢进行了最大
我院抗菌药物使用强度分析报告 [摘要]目的：分析我院住院患者抗菌药物使用情况，促进我院抗菌药物合理应用。方法：收集我院2012年1月—2013年12月住院患者使用的抗菌药物，计算抗菌药物使用强度并进行分析。结果：住院患者抗菌药物使用强度总体呈下降趋势。结论：医院加强了抗菌药物的管理，抗菌药物的使用逐步转向合理用药，但还是存在用药过于集中，应继续加强抗菌药物临床应用管理，达到合理用药[1]。 [关键词] 住院患者抗菌药物使用强度控制 为了加强我院抗菌药物临床应用管理，规范抗菌药物临床应用行为，提高抗菌药物临床应用水平，促进临床合理应用抗菌药物，控制细菌耐药，保障医疗质量安全，我院根据《抗菌药物临床应用管理办法》等相关卫生法律法规，制定了有关抗菌药物使用的一系列规章制度。其中抗菌药物使用强度是评价医院抗菌药物合理使用的重要指标之一，我院已在严格执行中，从我院监管的这两年来看，还是取得了一定的成绩，现报告如下： 1资料与方法 1.1 一般资料收集我院2012年1月—2013年12月住院患者使用的抗菌药物，主要科室有外一科，外二科（2012年8月成立），内一科，内二科（2013年9月成立），儿科（2012年6月成立），急诊科（在2012年前两季度基本上不收住院患者，所以没有统计意义，从2012年第三季度开始统计），妇产科。 1.2 方法利用我院中联软件系统对院科两级住院患者使用的抗
菌药物按季度进行统计，把数据导出EXCEL2003，由于我院的信息系统收集到的数据包含了抗菌药物的规格，数量，金额，人工把规格转换为数字形式的含量，才可以作数据处理[2]。用含量乘以该抗菌药物总的使用数量就可以得出该抗菌药物在这一季度的消耗量，用消耗量除以该抗菌药物的DDD值（根据WHO推定的限定日剂量），就可以计算出该抗菌药物的DDD数，各科抗菌药物使用强度由各科抗菌药物消耗量（累计DDD数）乘以100除以各科同期患者住院总天数得出。全院的抗菌药物也是由此方法计算。 1.3 数据处理本组研究中，所有数据与资料均采用中联软件信息系统处理分析，具有比较意义： 院科两级住院患者抗菌药物使用强度，见表（1）： 用折线图形式表示，更加可以清晰地看出各科室在各季度的住院患者使用强度。见表（2）：
《高等钢结构原理》断裂与疲劳部分 学生作业 系（所）：建筑工程系 学号：1432055 姓名：焦联洪 培养层次：专业硕士 2014年11月6日
1、防止焊接钢结构脆性断裂的基本措施 影响钢材脆断的直接因素有裂纹尺寸、作用应力和材料韧性。提高钢材脆性断裂的基本措施有： ①保证施工质量、加强质量检验和施焊工艺管理，避免施焊过程中产生的咬边、裂纹、夹杂和气泡等。 ②焊缝不宜过分集中，施焊时不宜过强约束，避免产生过大残余应力，同时应注意焊缝过于集中和避免截面突然变化。特别是低温下作用的静力荷载发生的脆断，常与残余应力有关。 ③进行合理细部构件设计，避免应力集中。应力集中处会产生同号应力场，使钢材变脆。尽量避免采用厚钢板，厚钢板比薄钢板较易脆断，对钢材的韧性也有降低。 ④选择合理的钢材，钢材化学成分与钢材抗脆断能力有关，含碳量高的钢材，抗脆断能力有所下降，同时控制钢材中硫和磷的含量，硫使钢材热断，磷使钢材冷断，对于在低温下作用的钢结构，应选择抗低温冲击韧性好的材料。 ⑤加载速率越高，钢材的脆断转变温度提高，对于同一韧性的材料，设计动力荷载时允许最低的使用温度比静力荷载高的多，所以根据钢材不同的工作加载速率应选择不同韧性的钢材。 ⑥设计结构时选择优良的结构形式，有助于减少断裂的不良后果。 2、解释应力幅是评价焊接钢结构疲劳强度的一个指标 对于非焊接结构，通常用应力循环特征（应力比）min max /σσρ=来评价钢结构的疲劳强度。但是对于焊接钢结构疲劳强度起控制作用的是应力幅σ?，而几乎与最大应力max σ、最小应力min σ及应力比这些参量无关。这是因为：焊接及 其随后的冷却，构成不均匀热循环过程，使焊接结构内部产生自相平衡的残余应力，在焊接附近出现局部的残余拉应力高峰，横截面其余部分则形成残余压应力与之平衡。焊接残余拉应力最高峰值往往可达到钢材的屈服强度，名义上的应力循环特征（应力比）min max /σσρ=并不代表疲劳裂缝出现的应力状态。并且焊接连接部位因为截面的改变原状，总会产生不同程度的应力集中现象。残余应力和应力集中两个因素的同时存在，使疲劳裂纹发生于焊接熔合线的表面缺陷处或焊
钢结构焊缝外观检验标准 1适用围:本标准叙述了钢结构产品焊缝外观检验所需条件、?适用围和合格标准。 2产品焊缝包括定位焊缝、完工焊缝及返修焊缝。 3焊工钢印和焊缝标识的要求 3.1 钢印须采用低应力钢印，钢印标记的打印应清晰完整，严禁用凿子、冲头等锋利工具进行打印。 3.2 打印深度为0.3mm~0.5mm。 3.3所有对接焊缝要求打焊工钢印和焊缝标识，焊工在完成焊缝焊接后应立即打上自己的代号钢印及焊缝标识（焊缝标识具体参考附件1）。 3.4一条焊缝如有数人同时施焊，应分别打上各人钢印，返修焊缝如非本人直接返修者，在返修焊缝旁适当位置打上返修焊工钢印，若因返修而去除了原焊工钢印，则应补打原焊工钢印。 3.5当产品图样对打焊工钢印另有规定时，应按图样要求打上焊工钢印。 4焊缝外观检验标准 4.1焊缝表面质量应符合以下规定: a)不得在坡口外母材上引弧； b）焊后清除掉所有的松散的焊接飞溅及焊缝上的熔渣； c)焊缝尺寸、位置符合图纸； d)焊道间或焊道和母材上没有焊瘤或未熔合；
e)焊缝和相邻母材上没有裂纹； f)焊缝表面应没有粗糙的波纹或沟槽，并与被连接表面圆滑过渡； g)不得有焊接弧坑,收弧点不得有裂纹。 h)返修焊缝表面，应修磨成与原焊缝基本一致，并打上返修焊工钢印。 4.2缝的质量等级划分应按照表1进行，未做规定的其他焊缝质量等级为三级，当有特殊要求时按照图纸或技术条件执行。 表1焊缝的质量等级划分 4.3焊缝的外观检查应符合如下规定： a)焊缝的外形尺寸应符合设计图样和本标准的要求，焊缝余高和错边允许偏差按照表2要求，焊缝表面应为均匀的鳞片状，不应有焊瘤
焊缝外观质量检查记录表 GB50205－2001 GD2301057□□
说明 本表适用于二、三焊缝外观质量检查。 1.T型接头、十字结构、角接接头等要求熔透的对接和角对接组合焊缝，其焊脚尺寸不应 小于t/4；设计有疲劳验算要求的吊车梁和类似构件的腹板与上翼缘连接焊缝的焊脚尺寸为t/2，且不应大于10mm。焊脚尺寸的允许偏差为0～4mm。 检查数量：资料全数检查；同类焊缝抽查10％，且不应少于3条。 检验方法：观察检查，用焊缝量规抽查测量。 2.焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、 电弧擦伤等缺陷。且一级焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。 检验方法：每批同类构件抽查10％，且不应少于3件；被抽查构件终，每一类型焊缝按条数抽查5％，且不应少于1条；每条检查1处，总抽查数不应少于10处。 检验方法：观察检查或使用放大镜、焊缝量规和钢尺检查，当存在疑义时，采用渗透或磁粉探伤检查。 3.二级、三级焊缝外观质量标准引符合GB50205-2001附录A中表A.0.1的规定。三级对 接焊缝应按二级焊缝标准进行外观质量检验。 检查数量：每批同类构件抽查10％，且不应少于3件；被抽查构件中，每一类型焊缝按
条数抽查5％，且不应少于1条；每条检查1处，总抽查数不应少于10处。 检验方法：观察检查或使用放大镜、焊缝量规和钢尺检查。 4.焊成凹形的角焊缝，焊缝金属与母材间应平缓过渡；加工成凹形的角焊缝，不得在其表 面留下切痕。 检查数量：每批同类构件抽查10％，且不应少于3件。 检验方法：观察检查。 5.焊缝感观应达到：外形均匀、成型较好，焊道与焊道、焊道与基体金属间过渡较平滑， 焊渣和飞溅物基本清除干净。 检查数量：每批同类构件抽查10％，且不应少于3件；被抽查构件中，每种焊缝按数量各抽查5％，总抽查处不应少于5处。 检验方法：观察检查。
第8章 钢结构的脆性断裂和疲劳 8.1 钢结构脆性断裂及其防止 8.1.1 脆性断裂破坏 脆性破坏: 结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的。 特点：无塑性发展或很小，断裂时伸长量极其微小，没有破坏的预兆。 脆性破坏分类 ①过载断裂:由于过载,强度不足而导致的断裂。 特点：破坏速度快，主要是钢丝束、钢绞线和钢丝绳等。 ②非过载断裂:塑性很好的钢构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈脆性断裂 ③应力腐蚀断裂:在腐蚀性环境中承受静力或准静力荷载作用的结构,在远低于屈服极限的应力状态下发生的断裂，强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。 ④疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂:在交变荷载作用下,裂纹的失稳扩展导致的断裂，高周：循环周数在105以上者，低周：只有几百或几十次, 环境介质导致或加速疲劳裂纹的萌生和扩展称为腐蚀疲劳。 ⑤ 氢脆断裂: 氢使材料韧性降低而导致的断裂 钢结构的非过载脆性破坏P302 8.1.2脆性断裂的防止 构件不出现非过载脆性断裂的条件IC I K K ≤=σπα（含义见书） 为了防止脆性断裂,需要从三个方面着手： 1.钢材选择（保证足够韧性IC K ） 材料韧性指标：冲击韧性。 碳素钢：夏比V 形缺口冲击功不低于27J ； 低合金高强度结构钢：夏比V 形缺口冲击功不低于34J ； 公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度不超过4Omm ，按所处最低温度加40℃级别要求； 公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度超过 4Omm, 降低最低温度； 低温地区避免用厚度大的钢板，必须用厚板时,应提高对冲击韧性的要求或进行全厚度韧性试验。 2.初始裂纹：减小初始裂纹，避免形成裂缝间隙，保证焊缝质量,限制和避免焊接缺陷，焊缝表面不得有裂纹； 3.应力：缓和应力集中，减小应力值，避免受到约束而产生高额残余应力 4.结构形式与构造细节：超静定结构优于静定结构：由于地基不均匀沉陷会导致严重不利的内力重分布。静定结构采用多路径传递荷载优于单路径传递荷载。单个构件：多路径组织要优于单路径组织 焊接受弯构件的受拉翼缘，当弯矩很大,需要选取较厚的翼缘时,从抗断裂的
第30卷,第4期 中国铁道科学Vo l 30No 4 2009年7月 CH INA RAILWAY SCIEN CE July,2009 文章编号:1001-4632(2009)04-0069-07 钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展 周张义,李 芾,安 琪,黄运华,卜继玲 (西南交通大学机车车辆工程系,四川成都 610031) 摘 要:在平板焊接钢结构焊缝疲劳强度分析中,近年来国外主要发展起了等效结构应力法和表面外推热点应力法2种新方法。等效结构应力法考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析结构应力,确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸的不敏感,从而有效区分不同焊接接头类型的焊趾结构应力集中情形;以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响基础上,基于断裂力学分析确定与焊缝疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程;基于上述应力计算和转化方法对焊缝疲劳试验结果数据进行处理,建立焊缝疲劳强度设计单一主S N 曲线,实现对钢结构焊缝的疲劳强度评定和寿命预测。通过比较分析可知,表面外推热点应力法适用于钢结构焊缝设计阶段的方案比较及方案优化;等效结构应力法较适合对钢结构焊缝最终设计方案进行更为精确的焊缝疲劳强度评定和寿命预测以及不能用表面外推热点应力法进行钢结构焊缝疲劳强度分析时。 关键词:等效结构应力;网格不敏感;有限元法;焊趾;疲劳分析;表面外推 中图分类号:T G457 11 文献标识码:A 收稿日期:2008-10-27;修订日期:2009-02-26 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50821063) 作者简介:周张义(1982 ),男,山西霍州人,博士研究生。 对于平板焊接钢结构的疲劳设计,按照传统的焊接细节分类法需要严格确定特定接头几何形状和载荷模式下的名义应力及相应疲劳抗力数据[1-4],故很大程度上影响了焊接细节分类法在工程中的应用。为了完善或替代焊接细节分类法,针对广泛存在的结构焊趾疲劳,新发展的2种适合于有限元技术的表面外推热点应力法和等效结构应力法,通过将焊趾结构应力集中考虑在应力分析之中,一方面可适应有限元强大的应力分析技术,另一方面避免了对疲劳设计S N 曲线的选择。表面外推热点应力法在国内相关行业的应用研究已得到普遍关注 [5-7] 。而等效结构应力法虽然在2007版ASME 锅炉及压力容器标准[8] 、以及API/ASME 合于使用性评定标准[9]中均推荐将其应用于焊缝疲劳分析,但至今国内尚未有技术文献详细介绍。有鉴于此,本文在阐述、分析等效结构应力法的基础上将它与表面外推热点应力法进行对比,研究分析2种方法各自存在的优势和局限性,以及在实际工程的结构疲劳设计中的合理应用方式。 1 等效结构应力法剖析 等效结构应力法是1种新型焊接结构疲劳寿命预测技术 [10-13] ,可广泛应用于不同工业领域的各类 形式焊接承载部件的焊趾疲劳分析,如压力容器、 管道、海上平台、船舶、地面车辆等结构的管件及平板焊接接头[14-18]。该方法主要基于以下2项关键技术: 考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析其结构应力(即热点应力),确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸均不敏感,从而有效区分不同接头类型的焊趾结构应力集中情形; 以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响的基础上,基于断裂力学分析确定与疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程。进而将其应用于处理疲劳试验结果数据,构建出单一通用的疲劳设计主S N 曲线,从而基于等效结构应力并结合该主S N 曲线进行焊接结构的疲劳强度评定及寿命预测。
施工检查记录表 钢构001 工程名称及部位：年月日 构件名称：构件编号：施工单位： 实测值项目允许偏差（mm） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 实测点，其中合格点，点合格率% 项目负责人：班长：质检员：
表 零部件切割加工施工检查记录 工程名称及部位：年月日钢构002 构件名称：构件编号：施工单位： 实测 值项目允许偏差（m m） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 长度±3.0 气割 机械剪切 宽度±3.0 加工边缘±1.0 0.5t. 且不应切割面平面度 大于 2.0 割纹深度0.3 局部缺口深度 1.0 边缘缺棱 1.0 型钢端部垂直度 2.0 0.25 t 且不应大于加工面垂直度 0.5 t≤14 1.5 钢板的局部 平面度 t＞14 1.0 L/1000，且不应型钢弯曲矢高 大于 5.0 点，其中合格点，点合格率% 实测 ：班长：质检员： 项目负责 人
钢构件组装、焊接H型钢施工检查记录表 工程名称及部位：年月日钢构003 构件名称：构件编号：施工单位： 实测 值项目允许偏差（mm） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 h＜500 ±2.0 截面高度 500≤h≤1000 ±3.0 （h） h＞1000 ±4.0 截面宽度（b）±3.0 腹板中心偏移 2.0 b/100，且不应翼缘板垂直度 大于 3.0 L/1000 ，且不应弯曲矢高（受压构件除外） 大于10.0 h/250，且不应扭曲 大于 5.0 t＜14 3.0 腹板局部 平面度 t≥14 2.0 点，其中合格点，点合格率% 实测 ： ：班长：质检员 项目负责 人
表号:GQL-ES20 焊缝外观质量检查原始记录本 第册共册项目名称： 标段： 开始时间：年月日结束时间：年月日施工单位：（盖章）监理单位：（盖章）
说明 1、本记录本共100页，不得撕毁、缺页，严禁不合规定的涂改。按 照施工的时间顺序填写，不得补记。 2、本表分别对应系统表格ES20《焊缝外观质量检查记录表》。 3、有监理旁站时，检查完后监理当场签名，没有监理旁站时，在监 理栏划上“／”。 4、施工原始数据实时填写在记录本上，严禁在草稿纸上先记录再转 抄记录本上。 5、根据本记录本的数据可以直接出具电脑打印的检测报告，检测报 告上要注明数据在记录本的位置。 6、将数据录入系统计算后，如发现现场检测结果不合格时，应在原 始记录的下一行注明“作废”、“重做”、“追加”、“返工处理”等处理情况，并说明整改、重做的序号。 7、本记录本作为竣工资料移交归档，永久保存。
焊缝外观质量检查记录表 表号：GQL-ES20 工程名称港珠澳大桥主体工程桥梁工程CB05-G1 标钢主梁及索塔钢结构制作工程部件编号报验日期 序号项目简图质量要求（mm）实测结果 1 咬边 △ △ 横、纵向受拉对接焊缝不允许 横向受压对接焊缝Δ≤0.3 主要角焊缝Δ≤0.5 其它焊缝Δ≤1.0 2 气孔 对接焊缝不允许 主要角焊缝直径小于1.0 每m不多于3个， 其间距不小于20 ㎜ 其它焊缝直径小于1.5 3 焊脚尺寸主要角焊缝K ＋２ ０;其他角焊缝Ｋ ＋２ －１，手弧焊全长10%范围内允许K ＋３ －１ 4 焊波 h≤2 （任意25mm范围内） 5 余高 (对接) b≤15时，h≤3； 15＜b≤25时，h≤4； b＞25时，h≤4b/25 单面焊接的横向对接焊缝背面余高h≤2 6 余高铲磨 (对接) △△Δ１≤ 0.5 Δ２≤ 0.3 表面粗糙度Ra50μm 7 裂纹、未熔合、未填满、焊瘤结论 备注 检查人员日期监理工程师日期
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浅谈钢结构桥梁的疲劳问题 摘要：随着钢结构桥梁的疲劳问题的日趋突出，其疲劳设计问题也越来越得到重视。在桥梁设计中，保证桥梁的安全性和耐久性是最根本的要求。文中对目前应用广泛的钢结构桥梁的疲劳问题进行了探讨。 关键词：桥梁疲劳设计问题对策 前言 近年来，钢结构桥梁在我国公路桥梁中得到了越来越多的应用。一方面，钢结构桥梁的疲劳问题日趋突出；另一方面，我国公路钢桥规范与英、美等国钢桥规范相比，在疲劳设计方面规定比较简单。因此，在以我国桥梁疲劳设计经验为基础的同时，应参考一些国外规范，总结出适合我国交通行业的疲劳设计的有效方法。 一、钢结构桥梁的疲劳 30年来，我国的公路桥梁及铁路桥梁建设得到了迅猛发展。桥梁的结构体系多种多样，目前正在由传统的石拱桥、钢筋混凝土梁板式桥梁向现代的钢结构拱桥、斜拉桥以及悬索桥的趋势发展。由于车辆载荷的随机性、超载以及运行的频繁性，钢结构桥梁的疲劳问题历年来备受关注。和承载力和稳定性一样，疲劳是影响钢结构耐久性的主要因素之一。由于构造细节不合理，在重复重载交通、风或是地震等交变荷载的作用下，钢结构由此产生疲劳裂纹，疲劳裂纹不断开裂，直至影响钢桥的使用，甚至断裂破坏。为了避免钢结构桥梁发生疲劳破坏，必须在设计阶段就对疲劳问题进行细致的考虑。 二、钢结构桥梁疲劳特征的影响因素 影响钢结构桥梁疲劳的因素有很多，归纳起来主要有以下3 种： 1、结构的材料特性 与疲劳有关的结构的材料特性主要有：钢材的性能、构件尺寸、结构的表面状况。需要注意的是结构的疲劳性能随钢材强度的提高仅有微弱增加的趋势，所以由疲劳强度所控制的构件，采用强度较高的钢材是不经济的。一般说来，构件的尺寸增加时疲劳强度降低。疲劳裂缝源通常萌生于结构的表面，这主要是因为结构外表面的应力水平往往也最高，外表面的缺陷往往也最多和表面层材料的约束小，使得滑移带最易开动。 2、结构构造 结构构造主要包括桥梁的结构形式、构件的连接形式和构造细节。结构的制造和焊接工艺以及焊后处理工艺都对结构的初始应力分布和固有缺陷有较大的
百度文库- 让每个人平等地提升自我 编号：********** 白车身结构强度分析报告 项目名称： 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期： xx汽车有限公司 2013年04月
目录 1.分析目的 (1) 2.使用软件说明 (1) 3.模型建立 (1) 4 边界条件 (3) 5.分析结果 (3) 6.结论 21
1.分析目的 白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。本报告采用有限元方法对**白车身分别进行了满载、1g制动、转弯、右前轮抬高150mm、左后轮抬高150mm、右前轮左后轮同时抬高150mm,6种工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价**白车身的结构设计，并提出相应建议。 2.使用软件说明 本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct求解。HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。 3.模型建立 对车身设计部门提供的**白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图所示。白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模 图**白车身CAD以及有限元模型 单元类型四边形单元三角形单元 单元数目46970015543 三角形单元比例% 焊接模拟Rbe单元及实体单元 涂胶模拟实体单元 单元质量良好 强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表）用质量点单
钢结构的特点与疲劳
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第一章绪论 钢结构是用钢板、型钢，通过焊缝、螺栓等方式连接而成的结构。 主要内容有材料、连接、基本构件和结构设计。 钢结构与钢筋混凝土结构、木结构和砌体结构都是工程结构的不同分支，它们之间有许多共性。例如，在结构体系、内力分析和设计程序等方面基本相同。但由于材料性质不同，因而钢结构在构件的截面形式、构件的计算方法、连接方法及构造处理方面与其它结构有很大的差别。钢结构内在的特性是由其原材料及构件的加工过程决定的，学习钢结构要注意它的特点。 §1.1我国钢结构的发展概况 我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。 钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制造承重结构的国家。远在秦始皇时代（公元前二百多年），就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造铁链悬桥如四川大渡河桥，我国古代还建造了许多纪念性建筑，如山东济宁市的铁塔寺铁塔，镇江的甘露寺铁塔等，这些表明我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。 中国古代在金属结构方面虽有卓越的成就，但由于受到内部的束缚和外部的侵略，相当一段时间内发展较为缓慢。即使这样，我国工程师和工人仍有不少优秀设计和创造，如1927年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房； 1928～1931年建成的广州中心纪念堂圆屋顶； 1934～1937年建成的杭州钱塘江大桥等。 19世纪后半期开始发展起来的结构力学理论、扎制钢材的普及使“铁结构设计”发展 成了“钢结构设计”。 20世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，有些在规模上和技术上已达到世界先进水平。如采用大跨度网架结构的首都体育馆（平面为矩形）、上海体育馆（平面为圆形）、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200m高广州广播电视塔、210m高上海广播电视塔、194m高南京跨江线路塔、325m高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达54000m3的湿式储气柜等。 近期，随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，各地建成了大量的高层钢结构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.5m高、88层、总建筑面积达28.7万m2的金贸大厦；总建筑面积达20万m2的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容纳8万名观众的上海体育场；336m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥等等。 96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。 97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。 当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
ansys有限元强度分析 一、实验目的 1 熟悉有限元分析的基本原理和基本方法； 2 掌握有限元软件ANSYS的基本操作； 3 对有限元分析结果进行正确评价。 二、实验原理 利用ANSYS进行有限元静力学分析 三、实验仪器设备 1 安装windows XP的微机； 2 ANSYS11.0软件。 四、实验内容与步骤 1 熟悉ANSYS的界面和分析步骤； 2 掌握ANSYS前处理方法，包括三维建模、单元设置、网格划分和约束设置；3掌握ANSYS求解和后处理的一般方法； 4 实际应用ANSYS软件对六方孔螺钉头用扳手进行有限元分析。 五、实验报告 1）以扳手零件为例，叙述有限元的分析步骤； 答：（1）选取单元类型为92号； （2）定义材料属性，弹性模量和泊松比；
建立模型。先生成一个边长为0.0058的六边形平面，再创建三条线，其中z向长度为0.19，x向长度0.075，中间一段0.01的圆弧，然后把面沿着三条线方向拉伸，生成三维实体1如题中所给形状，只是手柄短了0.01；把坐标系沿z轴方向平移0.01，再重复作六边形面，拉伸成沿z轴相反方向的长为0.01的实体2；利用布尔运算处理把实体1和2粘接成整体。 （4）划分网格。利用智能网格划分工具划分网格，网格等级为4级。
（5）施加约束。在扳手底部面上施加完全约束； （6）施加作用力。在实体2的上部面上施加344828pa（20/（0.01*0.0058））的压强，在实体2的下部面的临面上施加1724138pa(100/0.01/0.0058)的压强；
（7）求解，进入后处理器查看求解结果，显示应力图。 2）对扳手零件有限元分析结果进行评价； 答：结果如图所示： 正确的显示出了受力的最大位置及变形量，同时给出了各处受力的值，分析结果基本正确，具有一定的参考意义。
疲劳分析方法 疲劳问题的研究可追溯到19世纪初，经过近二百年探索，目前已经取得了很大的发展。工程上，对疲劳设计主要采用四种方法，即名义应力法、局部应力应变法、损伤容限设计、疲劳可靠性设计。 （1）名义应力法（Miner线性累计损伤理论） 名义应力法又称常规疲劳设计法或影响系数法，用名义应力法来估算构件或结构的寿命的前提是：材料和构件、结构是理想连续体，且承受的载荷不大，断面的应力值小于材料的屈服极限，应力应变成线性关系，应力循环作用下的寿命较小。因此，用该方法进行寿命估算的依据是应力谱、材料的抗力指标P—S—N 曲线和累积损伤理论。 （2）局部应力应变法 零件的疲劳破坏都是从应变集中部位的最大局部应变处开始，并且在裂纹萌生以前，都要产生一定的塑性变形。局部应力应变法以缺口根部的局部应力—应变历程为依据，再结合材料相应的疲劳特性曲线进行寿命估算。该方法的合理性主要表现为考虑了金属的塑性应变和由此而引起的残余应力对疲劳性能的影响。它所指的寿命就是缺口边上出现可见裂纹的寿命。 （3）损伤容限设计 损伤容限设计是一项复杂的系统工程，它以断裂力学特别是线弹性断裂力学理论为基础，以保证结构安全为目标，以无损检测技术、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率的测定技术为手段，以有初始缺陷或裂纹的零件的剩余寿命估算为中心，以断裂控制为保证，目的是确保结构在给定使用寿命期内，不致因未发现的初始缺陷的扩展造成严重事故。 （4）疲劳可靠性设计 疲劳可靠性设计即概率疲劳设计，它是根据构件工作应力和疲劳强度分布曲线，应用概率设计理论，在给定可靠性指标下，进行构件的可靠性设计。疲劳可靠性设计不但需要知道构件的应力和疲劳强度的平均值，而且还要知道构件的应力和疲劳强度分布。 综上所述，名义应力法和局部应力应变法都是以材料内部没有缺陷和裂纹为
焊接钢结构的疲劳强度 在钢铁材料的研究中，人们总是希望材料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承担较大的负载重量，因为相同重量的结构可以具有极大的承载能力；或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。所以高强钢应运而生，也具有较高的疲劳强度，基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。但是对于焊接结构来说，情况就不一样了，因为焊接接头的疲劳强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系，这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式。材料的力学性能对裂纹扩展速率有一定影响，但影响并不大。在设计承受交变载荷的焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足工程需要是没有意义的。 造成上述结果的原因是由于在接头焊趾部位沿溶合线存在有类似咬边的熔渣楔块缺陷。该尖锐缺陷是疲劳裂纹开始的地方，相当于疲劳裂纹形成阶段，因而接头在一定应力幅值下的疲劳寿命，主要由疲劳裂纹的扩展阶段决定。这些缺陷的出现使得所有钢材的相同类型焊接接头具有同样的疲劳强度，而与母材及焊接材料的静强度关系不大。 1、接头类型的影响 焊接接头的形式主要有：对接接头、十字接头、T形接头和搭接接头，在接头部位由于传力线受到干扰，因而发生应力集中现象。 对接接头的力线干扰较小，因而应力集中系数较小，其疲劳强度也将高于其他接头形式。但实验表明，对接接头的疲劳强度在很大范围内变化，这是因为有一系列因素影响对接接头的疲劳性能的缘故。如试样的尺寸、坡口形式、焊接方法、焊条类型、焊接位置、焊缝形状、焊后的焊缝加工、焊后的热处理等均会对其发生影响。具有永久型垫板的对接接头由于垫板处形成严重的应力集中，降低了接头的疲劳强度。这种接头的疲劳裂纹均从焊缝和垫板的接合处产生，而并不是在焊趾处产生，其疲劳强度—般与不带垫板的最不佳外形的对接接头的疲劳强度相等。
关于钢结构桥梁抗疲劳设计的分析 近年来，我国的桥梁越来越多的应用了钢结构，但是钢结构桥梁出现疲劳问题也随之增多。因为钢结构桥梁在使用过程中受到疲劳荷载的长期影响，而且在疲劳荷载产生的微裂缝会因时间的变迁而扩大，因此桥梁设计人员应该加深对钢结构承载力的认识，车流量较大，环境侵蚀，车辆超载等因素均会导致桥梁发生坍塌事故，因此有关部门予以高度的重视。 标签：钢结构；桥梁；抗疲劳；设计 在钢结构桥梁中出现的疲劳问题，对桥梁结构的耐久性造成一定程度的负面影响，疲劳主要有两种，即多轴疲劳与单轴疲劳等等。而疲劳是影响桥梁结构耐久性的关键因素，设计不合理等诸多原因容易使钢结构发生疲劳性裂纹，加之行车载荷的作用，裂纹会发展成为裂缝，不利于钢结构桥梁的正常使用。从实践得知，疲劳设计工作的优劣直接影响到钢结构桥梁的使用年限和安全性能。 1 钢结构桥梁疲劳性能产生影响的因素 1.1 钢结构材料的特点 钢结构材料本身的特点给钢结构桥梁的疲劳性能造成一定的影响，钢结构桥梁材料性质与桥梁钢构件的大小会对钢结构桥梁的疲劳产生影响。当钢结构材料的表面出现细微裂纹时，钢结构桥梁自身的疲劳性因裂纹变大不断增加；当钢结构的桥梁强度有所增加时，直接导致钢结构的疲劳性能会有所增加，实际上不是因钢结构强度高就代表材料质量越好。由于在钢结构桥梁钢材表面上会出现疲劳裂纹，这主要是钢结构表面存在较高的应力。 1.2 钢结构的内部因素 钢结构内部的因素可以影响到钢结构桥梁的疲劳设计，可以让钢结构桥梁自身的疲劳形象发生一定的变化，刚结构的影响因素主要包含桥梁的构件连接形式，构造细节等内容。钢结构桥梁的设计形式、钢结构桥梁的制造技术和焊接技术工作都会影响到钢结构应力的分布状态。 1.3 钢结构桥梁的外部因素 钢结构的桥梁产生影响的因素除上述两种因素以外，还有外部影响，这种影响直至钢结构的桥梁产生疲劳，外部影响主要包括昼夜温差，自然环境，强冻强高温天气等，还有外界给钢结构的桥梁施加压力，过往行车在行驶中出现的共振。焊接构件自身的应力的幅值和疲劳强度之间有着一定的关系，非焊接性构件的疲劳强度和应力的幅值有关联。 2 桥梁结构抗疲劳的设计计算方法