节点强度与疲劳强度

金属材料的力学性能-疲劳强度疲劳强度：机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。

在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。

疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。

实际上，金属材料并不可能作无限多次交变载荷试验。

一般试验时规定，钢在经受107次、非铁（有色）金属材料经受108次交变载荷作用时不产生断裂时的最大应力称为疲劳强度。

疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。

据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。

混凝土框架结构的节点设计原理一、背景与概述混凝土框架结构作为一种常见的结构形式，其节点设计是保证整个结构安全可靠的关键。

节点作为连接结构体系中不同构件的重要部分，其设计需考虑多种因素，如强度、刚度、变形、疲劳等，同时还需满足建筑物使用功能的需求。

本文旨在全面阐述混凝土框架结构的节点设计原理，以期为工程实践提供参考。

二、节点设计的基本原则1. 强度原则节点的强度应能够承受所受荷载的作用，避免出现破坏或失效的情况。

在节点设计中，需对节点受力机理进行分析，确定节点所受荷载的类型、大小、方向和作用位置等参数，以此为依据进行节点的强度验证和设计。

2. 刚度原则节点的刚度应满足整个结构体系的刚度要求，避免出现过度变形或振动的情况。

在节点设计中，需对节点的结构形式、截面尺寸、材料性质等进行综合考虑，以满足结构体系的刚度要求。

3. 变形原则节点的变形应满足建筑物使用功能的需求，避免出现过度变形导致使用功能无法实现的情况。

在节点设计中，需对节点所受荷载的大小、方向、作用位置以及节点的构造方式、连接形式等进行分析，以满足使用功能的变形要求。

4. 疲劳原则节点的疲劳寿命应满足结构使用寿命的要求，避免出现由于疲劳引起的结构失效。

在节点设计中，需对节点的疲劳性能进行分析，确定节点的疲劳寿命，并采取相应的措施以保证结构的耐久性。

三、节点设计的具体原理1. 节点的构造方式混凝土框架结构的节点可采用不同的构造方式，如梁柱节点、梁梁节点、柱柱节点等。

在节点构造方式的选择上，需考虑节点受力特点、变形要求、施工难度、材料消耗等因素。

2. 节点的截面形式节点截面的形式对节点的强度、刚度、变形等性能影响较大，因此需根据节点所受荷载的大小、方向、作用位置等因素进行合理的选择。

常见的节点截面形式有矩形截面、T形截面、L形截面、箱形截面等。

3. 节点的连接形式节点的连接形式对节点的强度、刚度、变形等性能同样具有重要的影响。

节点连接形式应能够满足节点所受荷载的传递要求，并保证节点的整体性。

坐底式平台结构疲劳强度分析陆超;李亚军【摘要】采用疲劳简化分析方法和谱分析方法,使用ANSYS软件对某坐底式平台进行了结构疲劳强度的校核.根据作业场地环境条件进行了详细的工况划分,运用热点应力的谱分析法计算对关键节点进行了细部疲劳分析.结果表明,该部分结构设计符合疲劳强度要求.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】8页(P44-51)【关键词】坐底式平台;疲劳强度;谱分析法;ANSYS【作者】陆超;李亚军【作者单位】中国舰船研究设计中心,湖北武汉 430064;中国舰船研究设计中心,湖北武汉 430064【正文语种】中文【中图分类】P75analysis ANSYS坐底式海洋平台由于其设计建造周期短、造价低廉的优势，在河流和海湾等30 m 以下的浅水域以及海床平坦的浅海区域的油气勘探开发作业中发挥了重要的作用[1～3]。

我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田，由于其浅水的海况条件，在开采过程中广泛使用了坐底式平台进行作业[4,5]。

由于处在各种不利海况和复杂交变载荷作用下，平台结构疲劳破坏是结构失效的重要因素。

因此对平台结构的疲劳强度分析是十分必要和关键的。

根据中国船级社颁发的《海上移动平台入级规范》2012版规定[6]：疲劳校核的目的是确保平台结构在营运期间具有足够的疲劳寿命。

疲劳寿命的计算结果可用作制定平台在制造和工作期间检验规程的依据。

疲劳分析的范围和方法将取决于平台设计中所考虑的预期作业模式和区域。

结构的疲劳设计寿命应不小于平台的设计年限，且不小于20 年。

对于可能产生潜在疲劳裂纹的任一焊缝和引起应力集中的结构形式均应进行抗疲劳设计。

必要时，应进行节点细部的疲劳分析。

对于柱稳式平台，校核部位主要包括以下内容：撑杆；撑杆与下壳体、柱体和甲板相连处；主柱与下壳体相连处；主要结构不连续处。

目前海洋平台分析校核中常用的平台疲劳分析方法主要有疲劳简化分析方法、随机疲劳分析方法以及确定性方法。

圆柱齿轮传动的强度计算1 直齿圆柱齿轮传动的强度计算1.齿面接触疲劳强度计算为了保证在预定寿命内齿轮不发生点蚀失效，应进行齿面接触疲劳强度计算。

因此，齿轮接触疲劳强度计算准则为：齿面接触应力σH小于或等于许用接触应力σHP，即σH≤σHP赫兹公式由于直齿轮在节点附近往往是单对齿啮合区，轮齿受力较大，故点蚀首先出现在节点附近。

因此，通常计算节点的接触疲劳强度。

图a表示一对渐开线直齿圆柱齿轮在节点接触的情况。

为了简化计算，用一对轴线平行的圆柱体代替它。

两圆柱的半径ρ1、ρ2分别等于两齿廓在节点处的曲率半径，如图b所示。

由弹性力学可知，当一对轴线平行的圆柱体相接触并受压力作用时，将由线接触变为面接触，其接触面为一狭长矩形，在接触面上产生接触应力，并且最大接触应力位于接触区中线上，其数值为式中σH-接触应力（Mpa）Fn-法向力（N）L-接触线长度（mm）rS-综合曲率半径（mm）；±-正号用于外接触，负号用于内接触ZE-材料弹性系数（），，其中E1、E2分别为两圆柱体材料的弹性模量（MPa）；m1、m2分别为两圆柱体材料的泊松比。

上式表明接触应力应随齿廓上各接触点的综合曲率半径的变化而不同，且靠近节点的齿根处最大（图c、d）。

但为了简化计算，通常控制节点处的接触应力。

节点处的参数（1）综合曲率半径由图可知，，代入rE公式得式中：，称为齿数比。

对减速传动，u=i；对增速传动，u=1/i。

因，则有（2）计算法向力（3）接触线长度L引入重合度系数Ze，令接触线长度将上述参数代入最大接触应力公式得接触疲劳强度计算公式令，称为节点区域系数。

则得(1) 齿面接触疲劳强度的校核公式齿面接触疲劳强度的校核公式为(2) 齿面接触疲劳强度设计公式设齿宽系数，并将代入上式，则得齿面接触疲劳强度的设计公式式中:d1-小齿轮分度圆直径（mm）；ZE-材料弹性系数()，按下表查取；注：泊松比m1＝m2＝0.3Z H-节点区域系数，考虑节点处轮廓曲率对接触应力的影响，可由下左图查取。

钢结构节点设计中的常见问题与解决方法钢结构在建筑和工程领域中扮演着重要的角色，其节点设计更是至关重要。

本文将探讨钢结构节点设计中常见的问题，并提供一些解决方法。

1. 节点失稳问题钢结构节点在使用过程中可能出现失稳的情况。

这可能是由于弯曲、扭转或剪切力超过节点的承载能力所导致的。

解决这个问题可以通过增加节点的强度或改善节点的几何形状来实现。

另外，还可以通过使用材料强度更高的钢来提高节点的稳定性。

2. 节点疲劳问题长期使用的钢结构节点容易出现疲劳问题，尤其是在受到频繁加载和振动的情况下。

疲劳可导致节点的损坏或失效。

为了解决这个问题，可以采用一些防止疲劳的设计措施，如增加材料的厚度、提供有效的支撑或使用疲劳强度更高的钢材。

3. 过刚或过柔的节点设计节点设计的刚度对于整个结构的性能至关重要。

过刚的节点设计可能会导致悬臂应力集中，增加材料的应力，从而影响节点的强度。

相反，过柔的节点设计可能会导致结构的变形过大，影响整个结构的稳定性。

解决这个问题可以通过合理的材料选择和节点几何形状优化来实现。

4. 温度变化引起的节点问题温度变化会导致钢结构产生热胀冷缩，从而对节点造成负面影响。

在设计节点时，需要考虑材料的热膨胀系数，并采取一些措施来减小由于温度变化引起的应力和变形。

例如，可以使用伸缩接头来允许结构在温度变化时自由伸缩。

5. 考虑节点连接的可行性在设计钢结构节点时，需要考虑到节点连接的可行性。

节点连接需要满足结构强度要求，并且应该易于安装和维护。

因此，需要选择适当的连接方式，如螺栓连接、焊接连接或铆接连接，并确保连接部位具有足够的强度和刚度。

总之，钢结构节点设计中存在一些常见的问题，如节点失稳、节点疲劳、过刚或过柔的设计，以及温度变化引起的问题。

解决这些问题的方法包括增强节点的强度、优化节点几何形状、改善疲劳性能、考虑温度变化因素，并选择适当的节点连接方式。

通过合理的节点设计，可以确保钢结构的稳定性和安全性。