焊接结构疲劳问题的特殊性共56页文档
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适用标准第 10 讲焊接结构的疲惫无效绝大部分的焊接结构和焊接机械零零件,都是在变载荷下工作的,疲惫损坏是这类构件的主要损坏形式。
大批统计资料表示,因为疲惫而无效的金属结构,约占无效结构的90%。
3.1 金属资料的疲惫损坏一、疲惫强度金属机件在循环应力作用下的疲惫损坏,与在静应力作用下的无效有实质区别。
静强无效,是因为在构件的危险截面中,产生过大的剩余变形或最后断裂。
疲惫损坏,是在构件局部高应力区内,较弱的晶粒在改动应力作用下形成微裂纹,而后发展成宏观裂纹,裂纹持续扩展致使最后疲惫损坏。
疲惫损坏与脆性断裂对比:同:二者断裂时的变形都很小。
异: (1) 疲惫损坏需要多次加载,而脆断一般不需多次加载。
(2)结构脆断是刹时达成的,而疲惫裂纹的扩展是迟缓的有时要长达数年时间。
(3)脆断受温度影响极大。
随温度的小而降低,脆断的危险性增添。
而疲惫损坏受温度影响甚小。
(4)疲惫损坏的断口特色显然不一样于脆断。
二、载荷的种类掌握载荷的变化状况,是进行疲惫强度设计的先决条件。
改动载荷或应力循环特征主要用以下参量表示:max ——改动载荷或应力循环内的最大应力;min ——改动载荷或应力循环内的最小应力;max min m2max min a2——均匀应力;——应力振幅或应力半幅;r minmax适用标准——应力循环特征系数或应力循环对称系数。
描绘循环载荷的上述参数如图3-1 所示。
图 3-1 疲惫试验中的载荷参数单向等幅改动载荷,依据顾力幅值0和均匀应力m的大小,可分为对称拉压、脉动拉伸、颠簸拉压等形式。
r 的变化范围在-1~+1。
图3-2为疲惫无效中载荷种类。
图 3-2 疲惫时效中的载荷种类载荷种类对构件的强度行为拥有根本的影响。
跟着载荷特色值变小,构件产生疲惫断裂的危险增大。
对每一个焊接结构,在设计以前就应充足考虑到在不一样的载荷状态下,其所蒙受相应载荷的能力,并使其达到设计的使用寿命。
别的,构件能否出现疲惫断裂还受构件自己形状、资料厚度、表面状况或腐化状况等影响。
第一章疲劳的基本概念§1-1 疲劳开裂的特征一、疲劳断口的特征:在疲劳裂纹起始点四周都有一个光滑带,且要一直延伸到疲劳裂纹的边缘。
这个光滑带区域随着其距离疲劳裂纹核心距离的增大,其纹理常常有缓慢且逐渐地变粗的趋势。
围绕断裂核心存在有同心圆或海滩形的线条及从核心射出的径向线。
二、在应力比较低时,“疲劳”面积就会相对地大,而应力高时,则“疲劳”面积就会相应地小。
最后破断面积的断裂表面可能是晶状或纤维状,这要看是脆性断裂(断口粗晶粒外貌)还是塑性断裂而定。
三、取决脆性断裂的因素:材料,载荷种类、大小,疲劳断裂面积大小,温度。
高应力一般导致比较小的疲劳面积,并有造成多向发生破裂的趋势。
四、疲劳破坏没有什么变形,疲劳裂纹很难看出来,但危害性特别巨大。
§1-2 疲劳试验一、旋转弯曲试验1、焊接接头和焊接结构疲劳试验的加载条件:轴向加载试验、弯曲试验、压力容器及管道工程的脉冲压力试验。
二、有一些资料认为在频率非常低时的试验(通常也包含着非常高的应力下的试验)与在高频率下甚至在没有腐蚀的条件下相应的试验相比,会得到较低的疲劳强度。
三、工作中的结构比试验的同样的试件会得到较低的疲劳强度。
§1-3 疲劳试验符号一、应力循环的基本参数1、应力循环内最小应力S min。
2、应力循环内最大应力S max。
3、平均应力S m=(S min+S max)/2。
4、应力幅S r=S max-S min5、应力比R= S min/S max(拉应力为正,压应力为负)二、用于焊接接头疲劳试验的典型应力循环:脉动拉伸循环、交变循环、半拉伸循环。
§1-4 S-N曲线与疲劳强度对于任何特定寿命的疲劳强度,认为就是S-N曲线上对应特定N值时的应力。
§1-5 应力集中一、在一定的应力作用下,工件所能承受的循环数取决于表面条件,表面越光滑,其寿命越长。
二、角焊接头的应力峰值发生在焊缝端点。
三、S P=K t S net S P-应力峰值;K t-应力集中系数;S net-净面积上的平均应力。