用断裂力学法估算焊接钢结构的疲劳寿命_郭建生
动载焊接结构设计Ⅲ(疲劳强度寿命计算)
****动载焊接结构的设计1、 焊接结构疲劳强度设计的一般原则设计过程可分为以下三个步骤：⑴ 考虑实用性，进行功能设计 根据结构未来的工作情况，合理地提出结构的承载能力、强度、刚度、耐蚀度、使用寿命等比较具体的要求。
考虑安全性，这些要求不能太低；考虑经济性，这些要求也不能过高。
⑵ 进行方案设计 根据上述要求，选择确定结构材料、结构构造形式、传动形式、自动化程度、控制方式、生产制造工艺等综合设计方案，它们互相联系，又互相制约；⑶ 进行具体的施工图设计 绘图前，进行必要的计算，以便确定结构的重要尺寸。
我们要讲的是如何合理选择动载焊接结构、焊接接头的结构形式和怎样进行必要的计算。
设计动载焊接结构必须特别强调两点：① “动载”，对应力集中非常敏感；②焊接接头属于刚性连接形式，对应力集中也比较敏感。
而且“焊接结构”难免有焊接残余应力、变形、焊接缺陷等，存在应力集中现象。
因此，设计动载焊接结构时，必须注意以下几点：⑴ 承受拉伸、弯曲、扭转的构件，截面面积变化时，尽量保持平顺、圆滑的过渡，尽量防止或减小构件截面刚度突然变化，避免造成较大的附加应力和应力集中。
⑵ 对接、角接、丁字、十字接头等，均应优先采用对接焊缝，少用角焊缝； ⑶ 单面搭接接头角焊缝的焊根、焊趾处，既有偏心弯矩的作用，又有严重的应力集中，承受疲劳载荷的能力很低，必须尽量避免采用这种接头形式；⑷ 承受疲劳载荷的角焊缝（未焊透的对焊缝，也看作角焊缝），危险点在应力集中比较严重的焊缝根部或焊趾处。
应采用如下措施：① 开坡口，加大熔深，减小焊缝根部的应力集中；② 将焊趾处加工成圆滑过渡的形状，减小焊趾的应力集中；⑸ 处于拉应力场中的焊趾、焊缝端部或其它严重的应力集中处（如裂纹），应设置缓和槽、孔，以便降低应力集中的影响。
总之，应采取一切措施，排除或减小应力集中的影响。
2、疲劳强度的许用应力设计法我国钢结构标准，原设计规范基本金属及连接的疲劳计算中，采用疲劳许用应力。
钢结构桥梁疲劳寿命评估方法研究
钢结构桥梁疲劳寿命评估方法研究引言：钢结构桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，承载着巨大的交通流量和运载荷。
然而，长期受到动态荷载的作用，钢结构桥梁往往容易发生疲劳破坏。
因此，准确评估钢结构桥梁的疲劳寿命成为了维护管理的重要课题。
本文将讨论钢结构桥梁疲劳寿命评估方法的研究进展以及存在的挑战和未来发展方向。
一、背景和意义钢结构桥梁疲劳寿命评估是指通过分析桥梁所受到的动态荷载，预测桥梁在使用寿命内出现疲劳破坏的概率。
疲劳破坏是指桥梁在长期交通荷载下反复受力而导致的损伤积累和裂纹扩展，可能最终导致桥梁失效。
因此，准确评估疲劳寿命对于实施及时的维护和修复措施，保障桥梁的安全运营至关重要。
二、疲劳寿命评估方法研究进展1. 数字化模拟方法数字化模拟方法是目前主要应用于钢结构桥梁疲劳寿命评估的方法之一。
该方法基于桥梁受力和应力分析，通过建立数学模型，模拟荷载作用下的疲劳破坏过程。
然后利用数值计算方法，预测裂纹扩展速率和疲劳寿命。
2. 动态试验方法动态试验方法是通过在实际桥梁上进行长期监测和数据采集，评估桥梁的疲劳寿命。
该方法基于实测数据，分析动态荷载对桥梁的影响，提取桥梁的结构和材料参数，并利用相关的疲劳寿命模型计算桥梁的疲劳寿命。
3. 统计预测方法统计预测方法是通过对大量实验数据的统计分析，建立起桥梁疲劳寿命与设计参数、材料性能、施工和维护质量等之间的关系模型。
利用这些模型，可以根据桥梁的设计参数和实际使用情况，预测桥梁的疲劳寿命。
三、存在的挑战和未来发展方向1. 材料和荷载模型的不确定性钢结构桥梁的材料特性和荷载条件是影响疲劳寿命评估准确性的关键因素。
然而，由于现实中桥梁的使用环境和荷载条件的复杂性，材料和荷载模型的确定性往往存在挑战。
未来的研究应关注材料行为和荷载特性等方面的不确定性，提高评估方法的可靠性和准确性。
2. 动态荷载的实时监测和预测桥梁所受到的动态荷载是影响桥梁疲劳寿命的主要因素之一。
然而，目前对于动态荷载的监测和预测技术还存在一定的限制。
基于断裂力学方法的微动疲劳寿命估算
２ ０ 年 ２月 ０８ 第３ ５卷第 １ 期
强 度 与 环 境
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Ｆｅ ２ ｂ．００８ 、０ －５． Ｏ． ，１３ Ｎ １
基于 断裂力学方法 的微动疲 劳寿命 估算
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第4章-焊接结构疲劳性能 ppt课件
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斜拉索桥事故
委内瑞拉的Maracibo桥 ，建于1960年，是世界 著名的预应力混凝土斜拉 索桥，由于桥索涂漆层经 不住风雨的侵蚀，在拉索 的剧烈振动下，192根的 钢索中有25根存在严重 隐患，1979年2月，一 根拉索突然疲劳断裂，造 成桥体局部坍塌，直接经 济损失达5000万美元。
2010年6月29日深圳东部华侨城“太空迷航
”娱乐项目发生重大安全事故，造成6人死
亡，10人受伤。
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俄罗斯萨扬-舒申 斯克水电站事故
2009年8月17日，俄罗斯萨 扬-舒申斯克水电站发生重大事 故，6400 MW水电站被淹没， 机电设备严重受损，电站停止 运行，造成75人死亡，13人失 踪。
D max min
R min / max -1≤ R ≤1
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(2)应力循环的基本类型（载荷的种类）
(1)静态拉、压载荷(横轴，黄线)
σ
R=1,σa=0, σmax=σmin=σm
(2)拉伸变载荷:(黑线)
0<R<1, 0<σmin<σmax (3)脉动载荷：(红线)
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r min 1 max
m 0
r 0 0
max
m
max
2
r min 0
m
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0 r 1
m 0
火车轴（弯曲） 齿轮齿根 曲轴（扭转） （弯曲）
球轴承
连杆
第八章钢结构的脆性断裂和疲劳
第一节钢结构脆性断裂及其防止 一、脆性断裂破坏 脆性破坏特征：破坏前无明显变形，平均应力也较小， 没有任何预兆。破坏断口平直，呈有光泽的晶粒状，突 然发生危险性大，应尽量避免。 脆性断裂破坏分类： ①过载断裂：由于过载，强度不足而导致的断裂。在钢 结构中，过载断裂只出现在高强钢丝束、钢绞线和钢 丝绳等脆性材料做成的构件。 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。破坏时应力并未达到材料的 抗拉强度，甚至还低于屈服点。
静定结构：静定结构（构件）采用多路径传递荷载比 单路径传递荷载在防止结构脆性断裂上效果更好。因 为多路径结构使局部破坏不至于殃及整体结构的坍塌. 2)、细部构造 构造间隙的设置：当焊缝长度方向无垂直于间隙的拉 力时，设置构造间隙有利于阻止裂缝的发展。否则， 构造间隙的类裂纹作用十分有害。在它近旁的高度应 力集中，高额的焊接残余应力，以及因热塑变形而时 效硬化导致的基体金属的脆性提高，经常扮演诱发裂 纹的角色。低温地区的结构必须避免这种留有间隙的 构造设计。在板的拼接中，不宜留狭长的拼接间隙， 而要采用两面剖口的对接焊缝并予以焊透，或者采用 图8-4所示的构造方案。
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三、改善结构疲劳性能的措施 改善结构疲劳性能应当从影响疲劳寿命的主要因素 入手： 正确选材： 采用高韧性材料 采用合理的构造细节： 减小应力集中程度，从而使结构的尺寸由静力(强 度，稳定)计算而不是由疲劳计算来控制； 严格控制施工质量： 采用一些有效的工艺措施，减少初始裂纹的数量和 尺寸。min源自C n1
式中参数C和β 根据构件和连接的类别按表8-1采用
说明： 1）承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当 应力变化循环次数n等于或大于5×104次时，应进行 疲劳计算； 2）在应力循环中不出现拉应力的部位,可不计算疲劳； 3）计算疲劳时，应采用荷载的标准值； 4) 容许应力幅并不随钢材抗拉强度变化而变化。因此 当疲劳计算控制设计时，高强钢材往往不能充分发挥 作用。 变幅疲劳的验算：若能预测结构在使用寿命期间各 种荷载的应力幅以及次数分布所构成的设计应力谱，则 根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳， 按下式计算： e
焊接结构疲劳寿命评估方法研究
１焊 接结 构疲 劳的 特点 命（ 里程） 。 焊接结构疲劳是指承受动态载荷的焊接结构在交变载荷作用下逐 ３ ． ２ Ｂ Ｓ ７ ６ ０ ８ 钢结构疲劳设计与评估实用标准。该标准对于屈服强 渐失效的过程 ，普遍认为焊接接头的疲劳屙 ｆ 生与焊接之前 的材料的疲 度 ７ ０ ０ ＭＰ ａ以下结构钢均可应用 ， 该标准从大量焊接结构中， 提炼出的 劳属性是不同的，因此需要有不 同方法以有效地进行焊接件的疲劳评 焊接接头细节 Ｓ － Ｎ曲线 ， 不仅考虑了局部应力集中， 尺寸与形状 的最大 估。 允许不连续值 ， 而且还考虑了应力方向、 冶金影响、 残余应力 、 疲劳裂纹 焊接结构疲劳的牛 寺 Ｊ 点与母材不 同， 第一 ， 焊接接头遵循的疲劳失效 形状 ， 以及某些情况下的焊接工艺和焊后处理方法。 模式是可 以明确区分的，即它可能从何处开始 出现裂纹，一旦出现裂 采用 Ｂ Ｓ ７ ６ ０ ８ 标准进行疲劳寿命 占 时， 与采用 Ｉ Ｉ Ｗ标准技术路线 纹， 裂纹又可能朝着哪个方向发展； 第二， 焊接接头的 ｓ — Ｎ数据 中， 至少 基本相同， 主要是标准中 Ｓ － Ｎ曲线本身及选择方法上有所不同。 根据待
科技 论坛
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焊接结构疲劳寿命评估 方法研 究
王 文华
（ 长春轨 道客 车股份有 限公 司， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ６ ２ ）
摘 要： 本文首先指 出焊接 结构产生疲 劳失效的特点， 针对焊接 结构疲 劳问题， 列举 了主要 的４种评价分析方法， 并阐述 了每种评价方法的 原理。在 ４种评价方法原理的基础上 ， 给出与之相关的焊接疲劳评估标准， 由于标准结合 了大量的试验数据及断裂力学知识， 所以在结合 实际经 验 的基础 上 ， 给 出 了标 准的使 用技 术路 线 ， 同时对标 准之 间的应 用 差异给 出了说 明 ， 最后 对评 估 方法在 结构设 计 中的应 用给 出总结 。 关键词 ： 焊接结构 ； 疲 劳寿命 ； 强度评估
疲劳断裂 总结
第三部分疲劳断裂疲劳断裂是金属结构失效的一种主要型式，典型焊接结构疲劳破坏事例表明疲劳断裂几率高，具有广泛研究意义。
疲劳破坏发生在承受交变或波动应变的构件中，一般说来，其最大应力低于材料抗拉强度，甚至低于材料的屈服点，因此断裂往往是无明显塑性变形的低应力断裂。
疲劳断裂过程的研究表明，疲劳寿命不是决定于裂纹产生，而是决定于裂纹增大和扩展。
因此，本章将在介绍疲劳断裂的基本特征和基本概念基础上，利用断裂力学原理着重分析疲劳裂纹的扩展机理、规律、影响因素及疲劳寿命估算。
§3-1疲劳的基本概念在交变载荷作用下，金属结构产生的破坏现象称为疲劳破坏。
为防止结构在工作时发生疲劳破坏传统疲劳设计采用σ―N曲线法确定疲劳强度。
一、应力疲劳和应变疲劳1、应力疲劳在低应力、高循环、低扩展速率的疲劳称为应力疲劳，也叫弹性疲劳。
七特点是在应力循环条件下，裂纹在弹性区内扩展，且裂纹扩展速率低。
2、应变疲劳在高应力、低循环、高扩展速率下的疲劳称为应变疲劳，也叫塑性疲劳。
其特点是应变幅值很高，最大应变接近屈服应变，故疲劳裂纹扩展速率高（达每次循环10-2mm），寿命短（小于104周）。
二、疲劳强度和疲劳极限1、乌勒（Wöhler）疲劳曲线（1）结构在多次循环载荷作用下，在工作应力σ（σmax）小于强度极限σb时即破坏，在不同载荷下使结构破坏所需的加载次数N也不同，表达结构破坏载荷σ和所需加载次数N之间的关系（σ―N）即为乌勒（Wöhler）疲劳曲线。
（2）疲劳曲线在加载次数N很大时趋于水平，若以σ―lgN表示则为两段直线关系（3）图示（略）2、疲劳强度（条件疲劳极限）（1）疲劳曲线上对应于某一循环次数N的强度极限σ即为该循环下的疲劳强度（σr）（2）σr =f（N）σr对应σmax，一般N<1073、疲劳极限（1）结构对应于无限次应力循环而不破坏的强度极限即疲劳极限（2）为σ―lgN疲劳图中的水平渐近线三、应力循环特性1、应力循环中各参数及应力循环特性系数①σmax―应力循环中最大应力值，σmax=σm+σa②σmin―应力循环中最小应力值，σmin=σm-σa③σm=（σmax+σmin）/2--应力循环中平均应力值④σa=（σmax-σmin）/2―应力循环中应力振幅⑤ r=σmin/σmax―应力循环中应力循环特性系数2、特殊循环特性(1)对称交变载荷，r=-1，疲劳强度σ-1(2)脉动载荷，r=0，疲劳强度σ(3)拉伸变载荷，0<r<1，疲劳强度σr拉伸变载荷σmin和σmax均为拉应力，但大小不等，0<γ<1，其疲劳强度用σr，脚标γ用相应的特性系数表示。
焊接接头疲劳寿命评估与优化
焊接接头疲劳寿命评估与优化在工程结构中，由于使用环境和外部载荷的影响，焊接接头会经历疲劳破坏。
为了保证工程结构的性能和安全，需要对焊接接头进行疲劳寿命评估与优化。
本文将对焊接接头疲劳寿命评估与优化进行探讨。
一、焊接接头疲劳寿命评估焊接接头的疲劳寿命评估是确定该结构在给定载荷下允许的循环应力次数，以避免疲劳破坏的重要步骤。
在评估焊接接头的疲劳寿命时，需要考虑以下几个方面：1.接头的应力状态焊接接头的应力状态分为剪切应力、轴向拉力和轴向压力等。
不同的应力状态将会使焊接接头产生不同形式的疲劳损伤，因此评估疲劳寿命时需要对应力状态进行分析。
2.接头的载荷载荷是影响焊接接头寿命的另一个重要因素。
接头的载荷可以是静态、动态和交变载荷等，不同形式的载荷将对接头产生不同的应力，从而影响其疲劳寿命。
3.接头的构造形式接头的构造形式会影响焊缝的尺寸和几何，同时也会影响焊接接头的疲劳寿命。
在评估焊接接头的疲劳寿命时，需要对接头的结构进行分析，以确定其对焊接接头疲劳寿命的影响。
二、焊接接头疲劳寿命优化为了延长焊接接头的疲劳寿命，需要进行优化。
疲劳寿命优化的一般步骤如下：1.确定接头疲劳应力在优化焊接接头的疲劳寿命之前，需要确定接头的疲劳应力。
可以通过数值模拟、试验或现有数据等方法获得接头的应力状态。
在确定疲劳应力时，需要考虑接头的载荷和应力状态等因素。
2.确定接头的疲劳强度接头的疲劳强度是指在给定的载荷和循环次数下所能承受的最大应力值。
可以通过试验或计算方法来获得接头的疲劳强度。
在确定疲劳强度时，需要考虑接头的材料、几何形状和焊接工艺等因素。
3.改善焊接质量焊接接头的质量对接头的疲劳寿命有着重要的影响。
因此，在优化焊接接头的疲劳寿命时，需要考虑改善焊接质量。
可以通过优化焊接工艺、选用合适的焊接材料、加强焊缝的预热和热处理等方法来改善焊接质量。
4.优化接头的结构接头的结构对焊接接头疲劳寿命有着重要的影响。
因此，在优化焊接接头的疲劳寿命时，需要考虑优化接头的结构。