钢桥结构的断裂与疲劳综述
清华大学土木系
钢桥结构的疲劳
破坏分析
XXX 201XXXXXX
2014-9
《钢结构断裂与疲劳》课程论文
钢桥结构的疲劳破坏分析
（XXXX，土硕X，学号：201XXXXXX）
摘要：随着钢桥设计理论和制造技术的快速发展，国内外钢桥迎来了蓬勃发展的时代。但同时，钢桥的疲劳问题也越来越引起人们的注意。本文从国内外研究现状、现存技术问题及研究方法等方面对钢桥疲劳问题进行综合阐述。
关键词：钢桥疲劳寿命焊接节点
1前言
在20 世纪三十年代以后，随着钢桥设计理论和制造技术的快速发展，国外公路钢桥迎来了蓬勃发展的时代。虽然我国的公路钢桥发展起步较晚，但是从20 世纪八十年代中期以后，随着国内经济与技术水平的迅速提高，我国大跨度公路钢桥进入了建设的高峰期。尤其进入21 世纪后，我国快速建成了一批规模进入世界前列的钢桥。随着钢桥的建设规模记录不断被刷新，钢桥已成为大跨度桥梁的主要形式[1]。
近年来，虽然人们对疲劳断裂问题的研究已有一定的进展，工程师也采取了不少预防措施，但是陆续还是有一些钢桥发生疲劳破坏事故，这说明进行钢桥疲劳破坏分析、预测是十分必要的。但是这项工作同时也是十分困难的。本文就目前国内外的钢桥疲劳破坏的相关情况予以综述，让读者更加了解钢桥的疲劳破坏。2国内外研究现状
2.1国外钢桥疲劳问题研究历程及现状
人们对疲劳问题的研究历史最早可以追溯到19世纪初[2]。当时金属材料在交通工具和机械设备中逐渐得到广泛的应用，但其中的一些运动部件时常发生破坏。这些破坏多发生在部件截面尺寸突变处，而且破坏时的应力远低于材料的屈服强度，这些问题引起了工程师们的关注。
1829年，德国矿业工程师W.A.J.Albert对矿山传送带链条进行了反复加载试验，这被公认为是人类最早的疲劳研究工作[3]。1837年，他发表了第一篇关于疲劳试验结果的论文[4]。
1843年，苏格兰土木工程师W.J.M.Rankine最早研究发现了铁路机车车轴的疲劳破坏是由裂纹出现和发展造成的。
1847年，德国工程师W?hler开始对疲劳问题进行深入系统的研究。1850~1869年间，W?hler利用自行设计的疲劳试验机，对机车车轴进行疲劳试验。
1871年，他发表了最终研究报告，提出了S-N曲线和疲劳极限的概念，明确应力幅是疲劳破坏的决定因素，奠定了金属疲劳研究的基础。
1874年，德国工程师H.Gerber开始对抗疲劳方法进行研究，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。
20世纪初，人们开始利用显微镜来研究疲劳机理，研究循环应力产生的滑移痕迹。
1910年，美国学者O.H.Basquin提出了描述金属材料S-N曲线的经验规律，发现在很大应力幅范围内应力幅与疲劳寿命在双对数坐标系中存在线性关系。
1940年，前苏联工程师C.B.CepeHceH提出了无限疲劳寿命设计和有限疲劳寿命设计的概念。
1945年，美国飞机工程师M.A.Miner在A.Palmgren等人研究的基础上将疲劳线性累积损伤理论公式化，形成了著名的Miner线性累积损伤理论[5]。该理论形式简单，并被许多试验数据所验证。尽管后来该理论已经被证明并不是完全准确，但是因其能够基本满足工程需求，所以还是被写入一些疲劳规范，得到广泛应用。
从20世纪初开始，一门新兴的学科——断裂力学得到迅速发展。由于断裂理论能够描述疲劳裂纹扩展过程，因而断裂力学方法成为研究疲劳问题的主要手段。
1920年，英国工程师A.A.Griffith提出了脆性断裂的第一个定量理论[6]，该理论认为裂纹的存在与发展是导致断裂的原因。当裂纹尺寸a超过临界裂纹尺寸ac时，脆性物体将断裂，这就是著名的Griffith判据。该判据的提出奠定了断裂理论的基础。
1948年，美国学者G.R.Irwin对Griffith理论进行修正，引入一个裂纹能量释放率G，将G=Gc作为裂纹临界平衡状态的判据，其中Gc代表G的临界值。Irwin判据的提出标志着线弹性断裂力学的诞生[7]。由于G值计算并不方便，Irwin 在1957年提出了一个新的物理量——应力强度因子K，K是一个仅与裂纹尖端局部相关联的量，它的确定比G相对容易。此后在1960年前后，Irwin用石墨做试验，测出裂纹扩展到极限时的K值，记为Kc（后来称为断裂韧性），并提出了新的断裂判据：K=Kc。
1957年，P.C.Paris发现应力强度因子K是影响疲劳裂纹扩展速率的关键参数[8]。1963年，Paris和Erdogan将疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅ΔK联系起来，提出了著名的Paris公式[9]，开创了基于断裂力学的疲劳研究方法。该公式的提出使得疲劳裂纹扩展研究向前迈进了一大步，通过ΔK就可以分析任意裂纹在任意荷载下的扩展情况，可以避免进行大量的高成本疲劳试验。由于Paris
焊接结构疲劳强度相关知识
焊接结构疲劳强度相关知识 1.焊接结构疲劳失效的原因 焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：①客观上讲，焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材；而承受交变动载荷时，其承受能力却远低于母材，而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系。这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素；②早期的焊接结构设计以静载强度设计为主，没有考虑抗疲劳设计，或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善，以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头；③工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够，所设计的焊接结构往往照搬其它金属结构的疲劳设计准则与结构形式；④焊接结构日益广泛，而在设计和制造过程中人为盲目追求结构的低成本、轻量化，导致焊接结构的设计载荷越来越大；⑤焊接结构有往高速重载方向发展的趋势，对焊接结构承受动载能力的要求越来越高，而对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。 2 影响焊接结构疲劳强度的主要因素 2.1 静载强度对焊接结构疲劳强度的影响 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，也就是说只要焊接接头的细节一样，高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的，具有同样的S-N曲线，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。Maddox研究了屈服点在386—636MPa之间的碳锰钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况，结果表明：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。只有在应力比大于+0.5的情况下，静强度条件起主要作用时，焊接接头母材才应采用高强钢。 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，其厚度在0.075mm-0.5mm，尖端半经小于0.015mm。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。 2.2 应力集中对疲劳强度的影响 2.2.1 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
华中科技大学疲劳与断裂试卷(2份)一
模拟测试题（一） 1 （10分）已知循环最大应力max s ＝200MPa ，最小应力min 50MPa S =，计算循环应力变程S ?、应力幅a S 、平均应力m S 和应力比R 。 2 （10分）试用雨流计数法为下述载荷谱计数，并指出各循环的应力变程和均值。 3 （15分）如果工程应变e ＝0.2％，0.5％，1％，2％，5％，试估算工程应力S 与真实应力σ，工程应变e 与真实应变ε之间的差别有多大？ 4 （15分）某压力容器构件有一个3t K =的缺口，承受名义应力max S ＝500MPa ，min 50S =MPa 的循环载荷作用。已知材料参数E ＝200GPa ，'1600K =MPa ，' 1700f σ=MPa ，'0.125n =，b ＝-0.1，c ＝-0.7，' 0.6f ε=。试估算其寿命。 5 （15分）某材料350ys MPa σ=，用B ＝50mm ，W ＝100mm ，L ＝4W 的标准三点弯曲试样测试断裂韧性，预制裂纹尺寸a ＝53mm 。由试验得到的P －V 曲线知，
断裂载荷54Q P =MPa ，试计算该材料的断裂韧性1C K 并校核其有效性。 6 （15分）某高强度钢拉杆承受拉应力作用，接头处有双侧对称孔边角裂纹a ＝1mm ，c ＝2mm ，孔径d ＝12mm ，W ＝20mm ，接头耳片厚为t ＝10mm 。若已知材料的断裂韧性为1120C K =MPa ，试估计当工作应力700σ=MPa 时，是否发生断裂。 7 （20分）某大尺寸厚板有一a /c ＝0.2之表面裂纹，受远场拉应力σ作用。材料的屈服应力为900ys σ=MPa ，断裂韧性1100C K =MPa ，试估计： 1）作用应力600σ=MPa 时的临界裂纹深c a 。 2）若a ＝5mm ，求此表面裂纹厚板的临界断裂应力c σ。
midas fea_钢桥疲劳分析
midas FEA Training Series 钢桥的疲劳分析 一. 概要 1. 分析概要 钢桥的疲劳裂纹一般是由焊接缺陷、结构的几何形状引起的应力集中、结构的应力变动幅度以及重复加载等原因引起的。重复加载会引起疲劳裂纹发展，严重时会引起结构破坏，因此对抗疲劳较弱的部位应进行分析确定其抗疲劳能力。 本例题中钢桥采用焊接和螺栓连接，分析采用S-N 曲线方法即应力－寿命方法确定结构的疲劳寿命和损伤度。 2. 分析步骤 疲劳分析的步骤如下： 1) 首先做结构静力分析确定最大和最小应力的绝对值或者计算von Mises 应力，从而获得应力幅。 2) 当作用应力为变幅时，使用可将各应力幅组成起来的雨流计数法(Rain flow counting)和S-N 曲线计算。 3) 考虑平均应力的影响确定疲劳寿命和损伤度。 ? 建模 → 线性静力分析 → 应力疲劳分析 → 确认分析结果 3. 疲劳分析的注意事项 分析类型应为线性分析，且只对使用各向同性弹性材料模型的结构做疲劳分析。线性分析后，使用得到的应力再做疲劳分析。 二. 疲劳分析的理论背景 1. 疲劳分析 疲劳是指在小于构件的屈服强度的荷载反复作用下构件发生破坏的现象。疲劳分析的方法有应力-寿命法、应变-寿命法。应力寿命法具有计算简单和 分析速度快的特点。midas FEA 中利用S-N 曲线使用应力寿命法进行疲劳分析。 2. S-N 曲线 S-N 曲线是等幅反复荷载作用下的应力幅(stress amplitude, S)与构件到达破坏时的循环次数(cycle to failure, N)的关系曲线。 在静力分析结果中取最大绝对应力(maximum absolute stress)和最小绝对应力(minimum absolute stress)或范梅塞斯应力(von Mises stress)计算应力幅(stress amplitude)，然后使用S-N 曲线就可以知道发生疲劳破坏时的疲劳寿命和循环次数。 当没有输入材料的S-N 曲线时，一般使用如上图所示的S-N 曲线。上面的S-N 曲线是连接90%最大应力幅(S u )重复1000次的点与疲劳极限应力幅 (S e =0.5S u )重复1,000,000次的点的曲线。 midas FEA 中使用Miner 准则的S-N 曲线，即认为小于疲劳极限应力幅的反复应力对疲劳寿命没有影响。 3. 考虑平均应力的影响 即便作用在结构上的应力幅(σa )相同，但是平均应力(σm )不相同时，结构的疲劳寿命也会不一样。平均应力越大，最大应力和疲劳极限应力就越小。为了考虑平均应力的这种影响，Goodman 和Gerber 分别建议采用下面公式。 4. 雨流计数法(Rain flow Counting) S-N 曲线是等幅(constant amplitude)应力作用下发生疲劳破坏时的反复作用次数的曲线。实际发生的应力一般具有变幅(variable amplitude)特性。 为了计算变幅应力作用下的疲劳损伤，需要将变幅应力转换为多个等幅应力的组合。midas FEA 为了统计循环次数使用了雨流计数法。 建 模 线性静力分析 疲劳分析 确认分析结果 2 1a m e u S S σσ??+= ??? 1 a m e u S S σσ+ =Goodman (England, 1899) Gerber (Germany, 1874) u S e S Compressive mean stress σm σa Goodman Gerber
焊接结构作业2014
焊接结构作业1 1. 简述焊接结构的特点（优势与不足）。 2. 简述构件焊接性的含义，哪些因素影响构件焊接性？ 3. 比较电弧焊（MIG ）与电阻焊（点焊）过程中产热机构、散热机构和热量传递方式方面 的差异。 4. 哪些因素会影响MIG 过程产热及散热？ 焊接结构作业2 1. 举例说明焊接结构过程中涉及到几种热量传递方式。 2. 比较交流TIG 焊与电阻焊的有效热功率的差异。 3. 什么是焊接热循环？描述焊接热循环的参数有哪些？ 4. 请在典型焊接热循环曲线上标出各热循环参数并解释其意义。 5. 比较长段多层焊与短段多层焊的特点和使用范围。 焊接结构作业3 1. 什么是内应力?有什么特点? 2. 内应力的分类（作用范围划分）、温度应力产生原因。 3. 什么是自由变形、内部变形、外观变形？之间有什么关系？ 4. 画出低碳钢的屈服极限随温度的变化曲线。 5. 简述长板条中心加热条件下的变形及应力产生分布情况。 6. 长板条中心加热—冷却后残余应力的产生机理（过程） 焊接结构作业4 1. 长板条一侧加热—冷却后，残余应力的产生及分布情况。 2. 长板条一侧加热时变形及应力的演变过程。 3. 以低碳钢平板条中心焊接为例说明焊接温度场与对应高温时的应力分布情况。 4. 说明受拘束体在热循环中应力与变形的演变过程。（以低碳钢为例）分三种情况 焊接结构作业5 1. 某种钢材（（T s=960MPa的杆两端完全拘束的条件下温升多少才屈服？（注： E=210GPa, -6 a =1.2 X 10 ）。
2. 某种钢材（（T s=300MPa的杆两端完全拘束，环境温度为30C，问在均匀的加热的
影响金属材料疲劳强度的八大因素
影响金属材料疲劳强度的八大因素 Via 常州精密钢管博客 影响金属材料疲劳强度的八大因素 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分，组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。 应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ：在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf：光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。 疲劳缺口敏感度系数q：疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算。 q的数据范围是0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 尺寸因素的影响
材料的疲劳与断裂
1.材料弹性变形和金属塑性变形的本质？ 2.材料的断裂是如何分类的？韧性断裂和脆性断裂的微观形貌各有哪些特征？ 3.金属在怎样的外因条件下会发生韧性-脆性转变，为什么？ 4.材料的静态韧性、冲击韧性和断裂韧性的物理意义和数学表达？ 5.试比较σ与K 以及b σ与C K I 的区别与联系？ 6.推到Griffith 脆断强度理论公式？★（很大可能会考到） 7.典型的疲劳寿命曲线是怎样的？分为几个区？疲劳极限的定义？ 8.某正弦波疲劳试验的平均应力为100MPa ，应力限为200MPa ，试求加载的最大应力、最小应力、应力比和应力范围？ 9.平均应力是怎样影响疲劳寿命的（作图说明）?试举出生产中人为改变平均应力提高疲劳寿命的工艺措施。 10.Miner 线性累计疲劳损伤定则是如何处理变幅载荷疲劳问题的？ 11.疲劳失效的主要过程有三个：疲劳裂纹形成、疲劳裂纹扩展和当裂纹扩展达到临界尺寸时，发生最终的断裂。 宏观尺度的疲劳裂纹形成包括三个阶段：微裂纹的形成、微裂纹的长大和微裂纹的联接。 疲劳微裂纹的形成三种方式：表面滑移带开裂、夹杂物与基体相界面分离或夹杂物本身断裂，以及晶界或亚晶界开裂。 （这个题没抄全，只记得老师说三个代表了，大概也许应该是这个，三个三） 12.何谓第一类模拟疲劳试验和第二类模拟疲劳试验？
13.作图说明P-S-N 曲线与S-N 曲线的区别与联系。 14.示意画出S-N 曲线、P-S-N 曲线和用裂纹形成寿命分解的S-N 曲线。分析疲劳数据分散性产生的基本原因。★ 15.试作图说明疲劳裂纹扩展的一般规律？如何估算裂纹扩展寿命？ 16.试比较高温疲劳与热疲劳的区别与联系？与常温疲劳相比高温疲劳有何特点？ 17.试比较C K I 、SCC K I 、th K ?与I K 的区别与联系。如何估算一个可能含 裂纹而无损检测合格的零件的最大许用服役应力？ 18.无限寿命设计与有限寿命设计的基本思想是甚么？ 19.简述“失效-安全”的概念。 20.简述损伤容限设计的基本思想。 21.“工程上要求构件各部位的服役应力不能超过屈服强度（2.0σ），因而研究塑性变形问题在工程上应用价值不大。”这种说法正确否？为什么？ 22.“在役飞机的零部件，特别是飞机发动机的零部件是绝对不能含有裂纹运行的，因此在航空领域研究和估算裂纹扩展寿命问题毫无意义，只要研究裂纹萌生寿命的问题即可”。这种说法正确否？为什么？ 23.颤振可认为是一种振幅较小、频率较高的疲劳载荷，通常情况下对材料不会造成损伤。为什么航空发动机的某些构件在服役过程中会由于颤振而失效？
浅论金属材料疲劳断裂的原因及危害
青岛黄海学院机电工程学院2013—2014学年第二学期期中考试 科目：工程材料及机械制造基础 姓名：杜希元 学号： 1101111084 班级： 2011级本科三班 专业：机械制造及其自动化
浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害 摘要：从人类开始制造结构以来，断裂就是社会面对的一个问题。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因，直到显微镜和电子显微镜等高科技器具的相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果。本文浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害，使人们初步了解金属疲劳断裂的相关知识。 关键词：疲劳断裂原因危害 一、金属材料的疲劳现象 工程中有许多金属零件，如齿轮、弹簧、滚动轴承、叶片、发动机曲轴等都是在变动载荷下工作的。根据变动载荷的作用方式不同，金属零件承受的应力可分为交变应力和循环应力。在交变应力下，虽然零件所承受的应力低于材料的抗拉强度甚至低于材料的屈服强度，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。 人的疲劳感觉来自于长期的劳累或一次过重的负荷，金属材料也是一样。金属的机械性能会随着时间而慢慢变弱，这就是金属的疲劳。在正常使用机械时，重复的推、拉、扭或其他的外力情况都会造成机械部件中金属的疲劳。这是因为机械受压时，金属中原子的排列会大大改变，从而使金属原子间的化学键断裂，导致金属裂开。 二、金属材料疲劳的种类 金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种： （1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。 （2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000～100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。
焊接结构习题库
焊接结构 一、焊接结构的特点 焊接结构的特点包括： （1）焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大。 因为焊接结构中焊缝与基本金属组成一个整体，并在外力作用下与它一起变形。因此焊缝的形状和布置必然影响应力的分布，使应力集中在较大的范围内变化。从而严重影响结构的脆断和疲劳。 （2）焊接结构有较大的残余应力和变形 绝大多数焊接方法采用局部加热，故不可避免会产生内应力和变形。焊接应力和变形不但容易引起工艺缺陷，而且影响结构的承载能力，此外还影响结构的加工精度和尺寸稳定性。 （3）焊接结构具有较大的性能不稳定性 由于焊缝金属的成分和组织与基本金属不同，以及焊接接头所经受的不同热循环和热塑性应变循环，焊接接头不同区域具有不同性能，形成一个不均匀体。（4）焊接接头的整体性 这是区别于铆接结构的一个重要特性，一方面赋予焊接结构高密封性和高刚度，另一方面由带来了问题，例如止裂性能差。 二、影响脆性断裂的因素 （一）应力状态的影响 （1）不同的应力状态：如果最大正应力首先达到正断抗力，则发生脆性断裂，如果剪应力先达到屈服极限，则产生塑性变形，形成塑性断裂，达到剪断抗力时，产生剪断。 （2）不同材料同一应力状态。 （3）缺口效应：虽然整个结构件处于单轴拉伸状态，但由于其局部设计不佳或存在缺陷导致出现三轴应力状态的缺口效应。 （二）温度的影响 随着温度的降低，出现脆性断裂的倾向变大。脆性转变温度越低，可使用温度范围越大，材料抗脆断能力好。 （三）加载速率的影响 提高加载速率会促使材料脆性破坏。当有缺口时，由于缺口处有应力、应变集中，缺口扩展速率增大，导致脆性断裂的发生。 （四）材料状态的影响 （1）厚度的影响：厚度增大，脆断倾向增大。 原因：a、厚板在缺口处易形成三轴拉应力，因为厚度方向的收缩和变形受到限制，形成所谓的平面应变状态，使材料变脆。 b、冶金因素：厚板轧制次数少，终轧温度高，组织疏松，内外层均匀性差。 （2）晶粒度影响：晶粒越细，脆性—延性转变温度越低。 （3）晶格结构：面心立方晶格较好。 （4）化学成分：C、N、O、H、S、P增加脆性，Mn、Ni、Cr、V适量加入有助于减少脆性。
金属材料的断裂认识
金属材料的断裂 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。 4. 断口分析 断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。 （1）宏观断口分析 断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。纤维区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。 （2）微观断口分析（需要深入研究） 5. 脆性破坏事故分析 脆性断裂有以下特征： （1）脆断都是属于低应力破坏，其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。（2）一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。（3）脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。（4）发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。
结构疲劳分析技术新进展
媒体文章 结构疲劳分析技术新进展 安世亚太 雷先华 众所周知，疲劳累积损伤是导致航空产品结构失效的主要原因之一，而结构失效往往给航空器带来灾难性后果，因而在现代航空产品设计中通常要求进行较为准确的结构疲劳寿命预测。由于疲劳的形式和影响结构疲劳的因素都非常繁多，因而并没有一套放之四海而皆准的疲劳寿命预测算法，多数算法都只能在某些特定情况下才能获得满足工程精度要求的预测结果。现代疲劳分析软件通常需要在通用疲劳算法的丰富性和先进性（核心）、有限元应力应变计算的准确性和精确性（基础）、以及针对特殊疲劳问题进行处理的方法多样性和完整性（全面）等方面进行持续不断的改进方能较好地满足工程设计的要求。下面我们以安世亚太高级疲劳分析软件Fe-safe为例，简要阐述其在这些方面的新进展。 1．基于临界平面法的精确多轴疲劳算法 航空器上的零部件通常都是在多轴疲劳载荷作用下工作，此时，材料的循环应力应变关系由于受到加载路径的影响而变得相当复杂。目前，多轴疲劳破坏的准则主要有三大类：应力准则、应变准则和能量准则。众多分析及试验对比证明，组合最大剪应变和法向应变的Brown-Miller准则和Wang-Brown准则对于韧性材料具有最好的计算精度，而主应变准则则适合于脆性材料。 对于航空结构中常见的、而且是最复杂的多轴非比例加载情况，由于载荷间的相位关系在不断变化，结构中每个位置点处的主应力/应变、最大剪应力/应变等参数的方向（所在平面）都是随加载历程而不断变化的，也就是说损伤累积在每个位置处都有方向性。对于很多软件所采用的Wang-Brown准则，它无法直接考虑这种方向变化性，只是利用了一个附加的材料参数来考虑法向应变对裂纹萌生的影响。 Fe-safe独特地提供了“临界平面”算法来配合Brown-Miller准则、主应变准则等，以获得最好的计算精度。临界平面法的核心思想是：将每个位置处的应变分解到按某种规律变化的一系列平面上，计算每个平面上的损伤，以这些平面中的最小寿命作为该位置的寿命。 2．独特的焊接结构疲劳算法 焊接连接是航空器上非常常见的结构连接方式，在航空结构设计中具有非常重要的地位，但焊接部位同时也是最容易产生疲劳裂纹问题的位置。现有疲劳分析软件几乎无一例外都是按照“焊接分类”（如英国BS7608标准）的方法来进行焊接结构疲劳分析的，该方法在大量工程实例的基础上根据预期的疲劳裂纹位置而将焊接结构分为数个类型（B、C、D、E、F、F2、G、W等），每个类型对应一条相互平行的S-N曲线用于疲劳评估。因此，在焊接结构疲劳分析中存在两个主要问题极大地影响了其工程应用：一是焊接分类的标准难以把握（事实上焊接类型是无穷多的）；二是由于焊接位置通常都是应力集中位置，难以精确计算应力分布。
焊接结构脆性断裂
第六章焊接结构脆性断裂 自从焊接应用于船舶、球罐、压力容器、桥梁、机械设备等工程结构以来，发生了一系列的脆性断裂事故。1943年1月16日在奥勒冈州波特兰码头某油船发生断裂，当时海面平静，其计算的甲板压力只有7.0Kg，见图6-1。二次世界大战期间美国建造的5000艘商船中约有1000艘船在1946年4月前经历了1300次左右的大小不同的结构破坏事故，其中250艘完全断裂，见图6-2。1974年12月日本某圆筒形石油槽发生开裂，该结构用12mm、60Kg 级钢材焊制，在环状边板与罐壁拐角处产生裂纹源并扩展13m，大量石油外流。1962年7月，奥大利亚的“金斯桥”(跨度30.5m)在45.8t卡车通过时发生脆性断裂，原因是材料含碳量高，可焊性差，断面急剧变化处产生应力集中。 这些断裂事故都具有共同的性质： (1)没有明显的塑性变形，破坏具有突发性； (2)焊接结构刚度较大，裂纹扩展至整个结构； (3)发生脆断时平均应力比材料的屈服极限和设计许用应力小得多，是低应力破坏。 脆性断裂一般在以下条件下发生： (1)结构在低温下工作； (2)结构中存在焊接缺陷； 图6-1 船舶断裂实例1 图6-2 船舶断裂实例2
(3)焊接残余应力对脆断产生了严重影响； (4)材料性能劣质； (5)结构设计不合理。 § 6-1 材料断裂及影响因素 一、断裂分类及特征 按塑性变形大小可将断裂分为延性断裂和脆性断裂(解理断裂、晶界断裂)。它们反映材料或结构断裂前的行为，即延性断裂表明在断裂之前金属或结构要发生显著的塑性变形；相反，脆性断裂表明金属材料或结构在断裂前发生很少的塑性变形。当然这只是定性概念，在定量上，发生多大程度的塑性变形属于延性断裂，小于何种程度的塑性变形量属于脆断，仍需具体情况而定。它往往与采用的评定标准有关，及测量变形的工具类型和精度有关，也和所评定的金属或结构的特性有关。如，铁轨用钢，当试样断裂时伴有百分之几的塑性变形时就属于延性断裂，但对于低碳钢来说，其无疑属于脆性断裂。 从“合于使用”原则出发，按图6-3对金属结构断裂性质进行分类。在拉伸中心开有缺口的试样时，试样上有三种应变。即无缺口部位的应变ε；缺口尖端处的应变ε′；缺口所在平面内边缘处的应变ε″，一般情况下它们之间具有下述关系： ε′>ε″>ε 构件断裂时，此三值与屈服点εs相比，有下述4种情况： εs>ε′>ε″>ε线弹性断裂情况 ε′>εs>ε″>ε弹塑性断裂情况 ε′>ε″>εs>ε韧带屈服断裂情况 ε′>ε″>ε>εs 全面屈服断裂情况 从断裂的机制来说，解理断裂：低温、高应变速率及高应力集中情况下，材料的塑性变形严重受阻，材料不能以形变方式而是以分离顺应外加应力。解理是某些特定结晶学平面发生的断裂。剪切断裂：在剪应力作用下，沿滑移面形成的断裂，可分为纯剪切断裂和微孔聚
金属断裂机理完整版
金属断裂机理 1 金属的断裂综述 断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。
《材料的疲劳与断裂》研究生课程课件试卷
2013年春研究生《工程材料疲劳与断裂》课程试卷一姓名出生日期年月日 性别学校住址 民族联系电话 现学习院系专业 /导师 本科学校院系入学时间 本科学习专业毕业时间 是否学习过以下 课程材料科学导论断裂与疲劳其 它断裂力学基础结构失效 计算机等级外语等级 1 为什么学习这门课程？和研究课题有什么关系？你同时或稍后还有其它的学习计划吗？ 2 请解释传统的强度设计概念、一般方法及它的优缺点。 3 你听说或见过有关工程断裂失效的事情吗？请举出一例，并分析它们的力学特点是什么? 4 什么是金属材料的脆性断裂，它的核心本质是什么？你能说出与之相关的理论观点、术语 吗? 5 什么事疲劳？疲劳有哪些特征？你能画出一个简单的循环载荷示意图吗？ 6 什么是断口分析，在失效分析中断口能提供哪些信息？
7 疲劳断口和静载破坏断口有什么不同？ 8 已知循环最大应力s max =200MPa,最小应力s min =50MPa,计算循环应力变程Δs,应力幅s a ,平均应力s m 和应力比R 9 The S-N curve of a material is described by the relationship )/1(10log max σS N -=,where N is the number of cycles to failure, S is the amplitude of the applied cyclic stress, and max σis the monotonic fracture strength ,i.e.,S=max σ at N=1. A rotating component made of this material is subjected to 104 cycles at S=0.5max σ.If the cyclic load is now increased to S=0.75max σ, how many more cycles will the material withstand? 10 Translation E2C Fatigue Crack Nucleation Fatigue cracks nucleate at singularities or discontinuities in most materials. Discontinuities may be on the surface or in the interior of the material. The singularities can be structural (such as inclusions or second-phase particles) or geometrical (such as scratches or steps). The explanation of preferential nucleation of fatigue cracks at surfaces perhaps resides in the fact that plastic deformation is easier there and that slip steps form on the surface. Slip steps alone can be responsible for initiating cracks, or they can interact with existing structural or geometric defects to produce cracks. Surface singularities may be present from the beginning or may develop during cyclic deformation, as, for example, the formation of intrusions and extrusions at what are called the persistent slip bands (PSBs) in metals. These bands were first observed in copper and nickel by Thompson et al .4 They appeared after cyclic deformation and persisted even after electropolishing. On retesting, slip bands appeared again in the same places. Later, the dislocation structure in the PSBs was investigated extensively. Figure 14.11(a) shows a TEM micrograph of a polycrystalline copper sample that was cycled to a total strain amplitude of 6.4 × 10?4 for 3 × 105 cycles. Fatigue cycling was carried out in reverse bending at room temperature and at a frequency of 17 Hz. The thin foil was taken 73 μm below the surface. Two parallel PSBs (diagonally across the micrograph) embedded in a veined structure in polycrystalline copper can be seen. The PSBs are clearly distinguished and consist of a series of parallel ‘‘hedges” (a ladder). These ladders are channels through which the dislocations move and produce intrusions and
公路钢桥抗疲劳设计概述
公路钢桥抗疲劳设计概述 摘要：基于疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因，应对疲劳设计给于相当的重视。本文对我国公路桥梁疲劳设计问题进行了简述，并对国外规范进行了总结。提出了我国疲劳验算的缺陷和制定与完善公路钢桥疲劳规范的迫切性。 关键词：公路钢桥；疲劳设计；荷载模型 abstractbased on fatigue and fracture is the most likely reason in failure of steel members. this paper, resumed the design of highway bridge fatigue problems in our country, and summarized foreign standard. puts forward the defects of fatigue calculation in our country and the urgency to formulate and perfect highway steel bridge fatigue specification. key words: highway steel bridge; fatigue design; load model 中图分类号：u448.14文献标识码： a 文章编号： 1疲劳研究的必要性 公路钢桥的疲劳是指在车辆荷载的反复作用下构件在低于钢材 屈服强度的情况下发生的脆性破坏。[1]钢结构构件最常遇到三种破坏形式：拉构件强度破坏、压构件失稳破坏、反复拉压构件疲劳断裂。其中疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因。据美国1982 统计结果，80%-90%钢桥的破坏与疲劳断裂有关，1967年美国西弗吉利亚州的point pleasant大桥在没有任何征兆的情况下突然倒
金属材料疲劳研究综述
金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由J．V．Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是
非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da／dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年，美
金属材料疲劳裂纹扩展速率实验指导书
一. 《金属材料疲劳裂纹扩展速率实验》 实验指导书 飞机结构强度实验室 2007年3月
金属材料疲劳裂纹扩展速率实验 1 试验目的 1．了解疲劳裂纹扩展试验的基本原理 2．掌握金属材料疲劳裂纹扩展速率试验测定方法 3．掌握疲劳裂纹扩展试验测定装置的使用方法 4．掌握疲劳裂纹扩展数据处理方法 2 基本原理 结构在交变载荷的作用下，其使用寿命分为裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分。裂纹形成寿命为由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命，裂纹扩展寿命则是由宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命，裂纹扩展由断裂力学方法确定。 2.1疲劳裂纹扩展速率 裂纹扩展速率dN da ，即交变载荷每循环一次所对应的裂纹扩展量，在疲劳裂纹扩展过程中，dN da 不断变化，每一瞬时的dN da 即为裂纹长度a 随交变载荷循环数N 变化的N a -曲线在该点的斜率。裂纹扩展速率dN da 受裂纹前缘的交变应力场的控制，主要是裂纹尖端的交变应力强度因子的范围K ?和交变载荷的应力比R 。线弹性断裂力学认为，在应力比不变的交变载荷的作用下，dN da 随K ?的变化关系在双对数坐标系上呈图1所示的形状。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ log (?K ) ?K c ?K th log(d a /d N ) 图1 d d a N K -?曲线形状 K dN da ?-曲线分成三个阶段：低速扩展段I 、稳定扩展段II 和快速扩展段 III ，阶段I 存在的垂直渐进线th K K ?=?称为裂纹扩展门槛值，当th K K ?
钢桥疲劳设计方法研究
钢桥疲劳设计方法研究 陈惟珍1,D Ko steas 2 (11同济大学桥梁工程系,上海200092;21慕尼黑工业大学,德国慕尼黑80333) 摘 要:分析了引起钢桥疲劳的各种原因,并对目前国际上最新抗疲劳设计方法作了进一步讨论,对我国钢桥设计将起到一定的推动作用。 关键词:钢桥;疲劳;桥梁设计 中图分类号:U 44114 文献标识码:A 文章编号:1003-4722(2000)02-0001-03 收稿日期:2000-01-03 基金项目:德国学术交流中心资助R estsicherheit und R estlebensdauer aelterer Stah lbruecken (A 96 00240) 作者简介:陈惟珍(1962-),男,副研究员,1983年毕业于同济大学桥梁工程系,获学士学位,1986年获硕士学位,1999年毕业于德国慕尼黑工业大学,获工学博士学位,主要从事桥梁CAD 和疲劳断裂研究。 1 概 述结构抗疲劳设计的目的是保证在一定使用可靠水平下整个设计寿命内的结构承载能力,使得结构不会因疲劳而失效或修补。承受车辆荷载的桥梁可能会因疲劳而遭到破坏,因此在设计中必须对疲劳加以验算[1]。疲劳验算时要考虑下列因素: (1)精确预测整个设计寿命期间完整的荷载序列; (2)精确计算在此荷载下的结构弹性反应;(3)细节几何形状、制造方法和质量控制主要影响 疲劳强度,甚至可能控制结构设计,并极大程度地影响着建造成本。 一般认为疲劳失效通常起始于高应力区,如几何突变处、受拉残余应力区和尖锐的不连续处(按裂纹处理)。在循环应力作用下,疲劳裂纹起始于此处并逐步扩展。最终失效发生在剩余截面不能承受荷载峰的情形时。 疲劳裂纹的扩展近似沿最大主应力的垂直方向,其扩展速率呈指数增长,早期增长较慢,占疲劳寿命的大部分。由于这个原因,在结构中较早地对裂纹进行探测比较因难。 在钢桥设计时,下列可能的疲劳裂纹起始处要加以考虑:①焊缝的根部或焊趾;②倒角;③冲孔或钻孔;④剪开边或锯开边;⑤高接触压力下的表面;⑥张紧索的根部。 除上述细节设计的情况外,疲劳裂纹也可能由冶炼、制造和施工等其它原因引起:①材料不连续(如空洞、夹渣)或焊接缺陷;②由机械损伤而形成的刻痕或擦痕;③腐蚀处。 引起疲劳的可能外因有如下几个方面。 (1)荷载具有较高的动静比:比如运输工具、吊机、 桥梁等。 (2)荷载频繁作用:它导致应力循环次数增加。细长结构或构件具有较低固有频率会产生共振,因此放大动应力,比如在风荷载作用下。 (3)采用焊接:某些焊接细节的疲劳强度较低。 (4)复杂接头:复杂接头由于传力路径变化,常常 导致较高应力集中,它们对极限状态影响很小但对疲劳强度影响很大。如果疲劳控制设计,那么接头形状应该保证光滑和简洁,以便应力能够精确计算控制,制造与检测能满足规范要求实施。 (5)环境:在某些热和化学环境中,如果表面没有防护,疲劳强度要降低。2 疲劳设计方法 无限寿命设计:此方法限制应力不超过常幅疲劳极限,保证构件永远不破坏,具有无限寿命。 安全寿命设计:此方法根据疲劳曲线下限和疲劳荷载的上限来计算损伤。它提供一个较保守的疲劳寿命估计,在使用寿命期内,结构的检测一般不予考虑。 损伤容限设计:此方法通过一个接一个检测环节监视疲劳裂纹增长。一旦疲劳裂纹达到一个预设尺寸,部分构件要加以修补或更换。此方法适用于应用安全寿命方法影响经济性和细节具有较高疲劳开裂风险时。它带来比安全寿命方法较高的结构失效风险。 依据试验设计:此方法归类于从规范或其它资料中不可能得到必要的受载应力、疲劳强度或裂纹增长数据的情况。 2.1 无限寿命设计 1 钢桥疲劳设计方法研究 陈惟珍,D Ko steas