工程结构的振动疲劳问题
工程结构的振动疲劳问题
作者：姚起杭， 姚军
作者单位：姚起杭(西北工业大学，陕西 西安，710072)， 姚军(北京航空航天大学，北京，100083)
1.期刊论文姚起杭.姚军.Yao Qihang.Yao Jun工程结构的振动疲劳问题-应用力学学报2006,23(1)
阐明了结构振动疲劳问题的概念和定义,并指出它的特点以及它与常规结构疲劳问题的区别,文中建议将疲劳问题分为结构静态疲劳和动态疲劳两类,对这两类问题统一按照静态疲劳方法进行处理,不但不符合实际问题本身的规律性,还可能造成分析和试验的较大误差.
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疲劳破坏特征
疲劳破坏特征
疲劳是指物体在受到重复加载或振动后逐渐失效的过程。
在工程材料和结构中，疲劳破坏是一种常见的失效形式，它会导致材料和结构的性能下降甚至失效。
疲劳破坏特征是指在材料或结构受到疲劳加载后出现的一些特征性破坏形态，了解这些特征对于预防疲劳破坏具有重要意义。
一、疲劳裂纹
疲劳裂纹是疲劳破坏的主要特征之一。
在材料或结构受到重复加载后，裂纹会逐渐形成并扩展，最终导致疲劳失效。
疲劳裂纹的形成和扩展是一个渐进的过程，通常会在材料的表面或表面下形成裂纹，然后逐渐扩展至整个截面，最终导致失效。
因此，对于疲劳裂纹的监测和控制至关重要。
二、表面粗糙度增加
在疲劳加载下，材料表面的粗糙度会逐渐增加。
这是因为疲劳加载会导致微观裂纹的形成和扩展，进而导致表面的粗糙度增加。
当表
面粗糙度增加到一定程度时，会导致应力集中和疲劳裂纹的形成，加剧了疲劳破坏的发展。
三、变形增加
在疲劳加载下，材料或结构的变形会逐渐增加。
这是因为疲劳加载会导致材料的塑性变形，进而导致变形增加。
随着变形的增加，材料或结构的强度和刚度会逐渐下降，最终导致疲劳失效。
综上所述，疲劳破坏特征包括疲劳裂纹的形成和扩展、表面粗糙度的增加以及变形的增加。
了解这些特征对于预防疲劳破坏具有重要意义，可以通过监测和控制这些特征来延缓疲劳失效的发生，提高材料和结构的使用寿命。
振动环境下结构疲劳性能与寿命评估
振动环境下结构疲劳性能与寿命评估在振动环境下，结构的疲劳性能与寿命评估是非常重要的。
振动环境下的结构疲劳是指结构在受到周期性外力作用下，由于应力的累积作用而引起的结构破坏现象。
结构的疲劳性能评估旨在确定结构的劳寿命，以便预测结构在实际使用条件下的可靠性和安全性。
结构的疲劳性能与寿命评估涉及以下几个关键方面：振动环境分析：首先需要对振动环境进行分析，包括振动频率、振动幅值、振动周期等参数的测量和分析。
常用的方法包括现场振动测试、实验室振动台测试以及数值模拟等。
应力分析：振动环境下的结构会受到周期性外力的作用，这会引起结构内部应力的变化。
通过应力分析，可以确定结构在不同工况下的应力分布情况，从而评估结构的疲劳性能。
疲劳寿命预测：基于应力分析结果，可以采用疲劳寿命预测方法来评估结构的疲劳寿命。
常用的方法包括应力范围法、应力时间法、应力幅值法等。
这些方法基于材料的疲劳性能曲线和结构的应力历史，可以预测结构在不同工况下的疲劳寿命。
结构可靠性评估除了预测疲劳寿命，还需要对结构的可靠性进行评估。
可靠性评估包括确定结构的失效概率、可靠度指标等，以评估结构在振动环境下的安全性。
寿命评估与优化设计：通过对结构的疲性能评估，可以发现结构的疲劳弱点和寿命短板。
基于这些评估结果，可以进行结构的优化设计，包括改善材料性能、调整结构参数、增加支撑等措施，以提高结构的疲劳寿命和可靠性。
需要注意的是，振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估是一个复杂的工程问题，需要综合考虑材料特性、结构形式、振动环境和设计要求等多个因素。
同时，疲劳性能评估的准确性也受到振动环境测试和应力分析等技术手段的限制。
因此，在进行结构疲劳性能评估时，需要综合运用实验、数值模拟和经验方法，以提高评估结果的准确性和可靠性。
总之，振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估对于确保结构的安全可靠性至关重要。
通过对振动环境的分析、应力分析和疲劳寿命预测等方法的综合应用，可以评估结构的疲劳性能，并提出相应的优化设计方案，以提高结构的疲劳寿命和可靠性。
钢结构塔架的风振疲劳分析
钢结构塔架的风振疲劳分析随着我国工业的快速发展，大型工业设施如钢结构塔架的需求不断增加。
然而，这些结构在服役期间会受到各种荷载的作用，其中风荷载是一种重要的不可忽视的因素。
风振疲劳问题是钢结构塔架设计中的关键问题之一，关系到结构的安全性和耐久性。
本文将针对钢结构塔架的风振疲劳问题进行深入分析。
关键词：钢结构塔架、风振疲劳、风荷载、疲劳寿命、抗疲劳设计概述风振疲劳是由于结构在风荷载作用下产生振动，导致结构内部产生交变应力而引起的疲劳破坏。
对于钢结构塔架而言，风振疲劳对其服役性能有重要影响。
风振疲劳的危害主要表现在降低结构的承载能力、增加结构变形以及引发结构断裂等。
因此，对钢结构塔架进行风振疲劳分析具有重要意义。
钢结构塔架的风振疲劳分析钢结构塔架在服役期间会受到风荷载的作用，其风振疲劳的产生主要有以下原因：（1）结构设计不合理，如结构形式、连接方式等；（2）材料选择不当，如材料的韧性、强度等；（3）制造和安装过程中产生的缺陷，如焊接变形、螺栓松动等。
针对这些原因，在进行钢结构塔架设计时，应采取相应的措施来降低风振疲劳的风险。
例如，优化结构设计、选用高强度材料、严格控制制造和安装质量等。
还可以采用防腐涂层等措施来提高结构的耐久性。
疲劳损伤因子的计算在风振疲劳分析中，疲劳损伤因子是一个重要的参数，用于描述结构在疲劳过程中损伤的程度。
常用的疲劳损伤因子计算方法有：（1）Miner-Palmgren方法：该方法基于Miner-Palmgren 累积损伤理论，考虑了应力幅值和平均应力的影响。
（2）Gerber方法：该方法基于Gerber损伤模型，考虑了裂纹扩展和闭合的过程，适用于估算结构的低周疲劳寿命。
在计算疲劳损伤因子时，应根据具体情况选择合适的计算方法。
同时，还应注意考虑其他影响因素，如环境因素、荷载作用次数等。
抗疲劳设计的建议根据前文对钢结构塔架风振疲劳的分析，提出以下抗疲劳设计的建议：（1）优化结构设计：合理选择结构形式和连接方式，以提高结构的抗风能力。
振动对机械结构稳定性影响分析
振动对机械结构稳定性影响分析引言：机械结构是现代工程中不可或缺的部分，它们承担着传递力量和负载的重要任务。
然而，由于外界原因或内在因素，机械结构往往会发生振动，这可能对其稳定性产生不利的影响。
因此，本文将探讨振动对机械结构稳定性的影响，并介绍一些常用的分析方法和措施，以便更好地理解和应对这一问题。
1. 振动对机械结构稳定性的影响振动作为机械结构中常见的一种现象，对稳定性有着重要的影响。
振动会引起结构的变形、应力集中以及疲劳等问题，这些问题可能导致机械结构的破坏或失效。
下面将从几个方面讨论振动对机械结构稳定性的影响。
1.1 变形和破坏振动会导致机械结构的变形，从而产生应力和应变。
如果变形超过结构的承载能力，就可能引发结构的破坏。
此外，振动还可能导致结构的失稳，使其不能正常工作。
因此，对于稳定性要求较高的机械结构，需要特别关注振动对其变形和破坏的影响。
1.2 应力集中振动会导致机械结构中的应力集中现象。
当结构发生振动时，特定部位可能会受到更大的载荷作用，导致应力集中。
这可能会引起结构的疲劳破坏，甚至引发断裂。
因此，在设计机械结构时，需要考虑振动对应力分布的影响，采取相应的措施来减轻应力集中问题。
1.3 疲劳与寿命振动会对机械结构的寿命产生明显影响。
疲劳是由于频繁的应力周期加载而引起的材料损伤，而振动则是引起应力的主要原因之一。
长期受到振动作用的机械结构容易发生疲劳破坏，导致其寿命缩短。
因此，在设计中需要充分考虑振动对机械结构寿命的影响，并采取相应的措施来增强结构的抗疲劳能力。
2. 振动影响分析方法为了准确评估振动对机械结构稳定性的影响，需要采用适当的分析方法。
下面将简要介绍几种常用的分析方法。
2.1 模态分析模态分析是一种重要的分析方法，用于确定机械结构的固有频率和振型。
通过模态分析可以了解机械结构在不同频率下的振动特性，并确定可能导致结构破坏的共振频率。
这有助于识别并采取相应的措施，以减小或避免共振效应，提高机械结构的稳定性。
浅谈建筑工程中楼板振动分析与运用
摘要：楼板振动问题是一个影响办公楼以及住宅公寓安全和舒适度的问题，近年来越来越引起重视，本文简要的介绍的原因，国内外部分标准的相关规定，设计分析中的关键点，最后通过工程实例说明在实际工程设计中该如何考虑楼板振动问题。
关键词：楼板振动工程运用舒适度关键问题一、概述国内高档办公楼越来越多，这类建筑业主一般要求取消内柱，这样在核心筒与外框柱之间就形成了跨度很长的楼面。
这类结构同大跨度会展中心以及大跨度连桥一样，都存在一个竖向振动问题。
人行走时在楼板上产生的冲击力会引起楼板发生竖向振动，这个振动会被在其周围工作、学习或者睡眠的人感觉到，当振动较大时，感受者可能会感到烦躁、不适甚至恶心，严重影响其工作、学习的效率，大跨度钢结构或者组合结构楼面这个现象尤其严重。
另外，当人行走频率同楼板的自振频率接近的时候，还会引起楼板的共振，会产生累积疲劳损伤，从而影响结构的安全。
因此楼板振动不仅仅是一个关于建筑物正常使用的舒适度问题同时也是一个关于结构的安全性问题。
这个问题在国外早已引起重视并已经进行了深入的研究，现在已经广泛运用到实际工程设计中。
近年来，国内对其研究和运用重视起来。
2010年修订的《混凝土结构设计规范》gb50010-2010第 3.4.6条对不同使用功能建筑的楼盖最小竖向自振频率有了规定，这主要是从结构安全的角度考虑的，而2010年修订的《高层建筑混凝土结构技术规程》jgj3-2010第3.7.7条则从舒适度的角度对楼盖的竖向振动加速度限值给予了明确的规定。
并且国内一些建成的以及大多数在建的超高层办公楼在设计阶段都考虑了楼盖舒适度问题，如已经投入使用的北京京澳中心、即将建成的深圳证券交易所等。
二、可接受振动限值的标准《高层建筑混凝土结构技术规程》jgj3-2010第3.7.7条的要求以加速度峰值的限值来表示，如下表1所示：表1 高规中规定的楼盖竖向振动加速度峰值限值人员活动环境峰值加速度限值（m/s^2）竖向自振频率不大于2hz 竖向自振频率大于4hz 住宅、办公0.07 0.05 商场及室内连廊0.22 0.15 注：楼盖结构竖向自振频率为2hz~4hz时，峰值加速度限值可按线性插值选取。
混凝土结构的疲劳设计原则
混凝土结构的疲劳设计原则一、前言混凝土结构在使用过程中可能会受到疲劳载荷的影响，从而导致结构的损坏和变形。
因此，在混凝土结构的设计过程中，必须考虑到疲劳载荷的影响。
本文将从混凝土结构的疲劳机理、疲劳荷载及其作用时间、疲劳寿命及疲劳裂缝等方面介绍混凝土结构的疲劳设计原则。
二、混凝土结构的疲劳机理混凝土结构在受到疲劳载荷时，会出现微裂缝，这些微裂缝会逐渐扩展，最终导致结构的破坏和变形。
混凝土结构的疲劳机理主要包括以下几个方面：1. 微观损伤：混凝土结构在受到疲劳载荷时，会出现微观损伤，如微裂缝、孔隙等，这些损伤会逐渐扩展，最终导致结构的破坏。
2. 组织变化：混凝土在受到疲劳载荷时，会发生一些组织变化，如细观结构的变化和孔隙率的变化等，这些变化也会导致结构的破坏。
3. 疲劳回复：混凝土结构在受到疲劳载荷后，可以通过一定的时间回复，但是如果疲劳载荷过大或作用时间过长，结构就会失去回复能力，最终导致破坏。
三、疲劳荷载及其作用时间混凝土结构在设计时必须考虑到疲劳荷载及其作用时间。
疲劳荷载一般由交通载荷、风载荷、地震载荷等组成，疲劳荷载的大小和作用时间是疲劳破坏的主要影响因素。
为了确定混凝土结构的疲劳荷载及其作用时间，一般采用以下方法：1. 调查资料法：通过调查相似结构的使用情况和破坏情况，确定疲劳荷载及其作用时间。
2. 经验公式法：通过经验公式计算出疲劳荷载及其作用时间。
3. 数值模拟法：通过数值模拟方法计算出疲劳荷载及其作用时间。
四、疲劳寿命疲劳寿命是指混凝土结构在受到疲劳载荷作用下，可以承受的循环载荷次数，疲劳寿命是疲劳设计的主要依据。
疲劳寿命的确定需要考虑以下因素：1. 材料的强度和抗裂性能。
2. 结构的几何形状、尺寸和支承条件。
3. 疲劳载荷的大小、作用时间和作用方式。
4. 结构的应力水平和应力状态。
疲劳寿命的计算一般采用线性累积损伤理论或疲劳断裂力学等方法，通过计算疲劳荷载作用下混凝土结构的损伤情况，确定结构的疲劳寿命。
钢结构节点设计中的常见问题与解决方法
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。
工程力学中的振动控制和振动衰减的方法
工程力学中的振动控制和振动衰减的方法振动是工程力学中非常重要且普遍存在的现象。
在很多情况下，振动会对结构物、机械设备以及人们的生活和工作环境带来一系列不利影响，比如疲劳破坏、能量浪费、噪音和震动等。
因此，振动控制和振动衰减在工程实践中具有重要意义。
本文将探讨几种常见的振动控制和振动衰减的方法。
一、主动振动控制主动振动控制是指通过激励源主动地施加力或扭矩，以减小结构或系统的振动响应。
其中，最常用的主动振动控制方法是通过控制系统实时测量振动信号并根据测量结果输出相应的激励信号，通过控制设备施加力或扭矩来实现振动的主动控制。
主动振动控制的优点在于可以实时检测振动，并根据测量结果来调节控制力；通过主动振动控制，可以减小结构或系统的振动幅值，并且能够适应不同振动特性的系统。
主动振动控制需要较为复杂的控制和反馈系统，以实时检测振动信号并作出相应的控制动作。
二、被动振动控制被动振动控制是指在结构或系统中添加被动元件，通过其自身的材料特性和力学行为来实现振动的控制和衰减。
被动振动控制方法通常包括减振器、阻尼器以及填充物等。
1. 减振器减振器是一种常见的被动振动控制装置，可以通过改变结构或机械系统的振动特性来减小振动幅值。
常见的减振器包括弹簧减振器、摆式减振器、液体减振器等。
弹簧减振器通过设置弹簧与结构相连，利用弹簧的弹性来吸收振动能量，达到减小振动幅值的目的。
摆式减振器则通过在结构上安装摆杆和摆球，将振动能量通过摆动的方式消耗掉。
液体减振器则通过将流体置于结构中的腔体中，利用流体的粘性和摩擦阻尼来吸收振动能量。
2. 阻尼器阻尼器是另一种常见的被动振动控制装置，它可以通过增加系统的阻尼来减小振动响应。
常见的阻尼器包括液体阻尼器、摩擦阻尼器和粘弹性阻尼器等。
液体阻尼器通过流体的粘性产生阻尼，将振动能量转化为热能进行耗散。
摩擦阻尼器则通过设置摩擦面来产生阻尼，将振动能量通过摩擦转化为热能来耗散。
粘弹性阻尼器则利用材料的粘弹性质来实现振动阻尼。
结构振动、跌落、冲击与疲劳寿命计算
结构振动、跌落、冲击与疲劳寿命计算结构的振动、跌落和冲击是工程设计过程中需要考虑的重要因素。
为了保证结构的可靠性和稳定性，需要进行疲劳寿命计算。
本文将介绍结构振动、跌落、冲击和相应的疲劳寿命计算方法。
结构振动计算结构振动是指结构在受到外力作用下发生的震动。
振动的频率和振幅将影响结构的可靠性和耐久性。
常见的振动形式包括谐振、非谐振和随机振动。
需要计算结构振动的场合包括地震、风载和振动台实验等。
对于线性结构，可以通过求解其固有频率和振型来确定结构的振动特性。
对于非线性结构，需要采用有限元、有限差分或其他数值方法进行求解。
结构跌落计算结构跌落是指结构从高处落下时所受的冲击力和应力。
工程设计中常见的跌落场合包括空气动力学和燃料箱冲击等。
结构跌落计算需要考虑结构的形状、质量和落地的速度等因素。
可以通过有限元、刚体落体或其他数值方法进行求解。
结构冲击计算结构冲击是指结构在受到外力作用下发生的瞬时应力和变形。
常见的冲击场合包括碰撞、炸药爆炸和地震等。
结构冲击计算需要根据冲击的形式和强度进行分析和计算。
瞬态动力学分析、爆炸力学和有限元分析是常用的分析方法。
疲劳寿命计算疲劳寿命是指结构在循环应力作用下耐久的时间或循环数。
疲劳寿命计算是工程设计的关键环节，可以帮助设计人员评估结构的可靠性和耐久性。
疲劳寿命计算需要考虑结构的应力水平、应力频率和材料的疲劳强度等因素。
常用的疲劳计算方法包括雨流法、极值统计法和应力计数法等。
总结结构振动、跌落、冲击和疲劳寿命计算是工程设计过程中必不可少的一部分。
这些计算可以帮助设计人员评估结构的可靠性和耐久性，指导结构的优化和改进。
通过合理的计算和分析，可以确保结构在长期使用中具有良好的性能和稳定性。
振动疲劳基础知识
振动疲劳基础知识振动疲劳是一种材料在受到振动作用下逐渐发展出的疲劳损伤现象。
振动疲劳是指当材料在周期性振动应力作用下，出现塑性变形、裂纹扩展并最终破坏的一种疲劳。
本文将从振动疲劳的特点、引起振动疲劳的因素、振动疲劳的损伤机理以及预防振动疲劳等方面进行探讨。
振动疲劳的特点是明显的周期性负荷，即材料受到往复振动的周期性应力。
振动疲劳与其它类型的疲劳相比，具有幅值小、周期长的特点。
振动疲劳还有一个显著的特点是其发展方式与时间有关，当周期振动应力作用的次数足够多时，材料疲劳断裂的速度明显增加。
引起振动疲劳的因素有很多，其中最主要的是振动应力和材料的力学性质。
振动应力应力来源有很多，比如机械设备的震动、车辆在道路行驶时的震动、风的吹拂、声波的作用等等。
材料的力学性质也是影响振动疲劳的重要因素，例如材料的强度、韧性、硬度、疲劳极限等。
振动疲劳的损伤机理涉及到塑性变形、微观裂纹的形成与扩展、应力集中和弹性塑性转变等过程。
当振动应力作用于材料上时，首先会产生材料的弹性变形，随着应力作用的周期重复，材料的弹性变形逐渐累积，最终出现塑性变形。
同时，在塑性变形的过程中，材料中也会形成微观裂纹。
这些微观裂纹由于应力集中的存在，往往会在应力峰值处扩展，最终导致材料的破坏。
为了预防振动疲劳的发生，需要从设计、材料选用和使用条件等方面进行综合考虑。
在设计方面，应尽量减少振动载荷的作用时间和振幅；在材料选用方面，应选择具有较高强度、良好的抗振动性能和较高的韧性的材料；在使用条件方面，应加强设备的维护，及时发现和处理潜在的破损和裂纹。
此外，对于已发生振动疲劳的材料，可以采取一些修复措施来延缓疲劳裂纹的扩展。
常用的修复方法有振动强化、激光熔覆、超声波冲击等。
这些方法都可以增加材料的表面硬度和耐疲劳性能，从而提高材料的抗振动疲劳能力。
总之，振动疲劳是材料在受到周期性振动应力作用下逐渐发展形成的疲劳损伤现象。
振动疲劳具有明显的周期性负荷、幅值小、周期长等特点。