[發明專利]一種應力幅法疲勞強度預測方法

無效

• 申請號: 200810043469.8
• 申請日: 2008-06-11
• 公開（公告）號: CN101344461A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 楊勇生;劉濤偉
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 任蓮瑤

技術領域：

本發明涉及一種應力幅法疲勞強度的計算方法，特別涉及一種只要明確鋼結構的利用等級、構件和連接類型，通過規范查找載荷譜系數等參數，就可以直接預測某一工作級別下的許用應力幅法疲勞強度預測方法。

背景技術：

目前應用較多的疲勞計算方法有最大應力法、應力比法和應力幅法。

疲勞破壞現象表明，構件在交變應力作用下發生失效，具有以下特征：1、破壞時的名義應力遠小于材料在靜載荷下的強度指標；2、構件在一定量的交變作用力下發生破壞有一個過程，既需要進行一定數量的應力循環；3、構件在破壞前沒有明顯的塑性變形，即使再好的塑性材料也會呈現脆性破壞；4、構件在同一破壞斷面，明顯劃分成光亮區域與顆粒狀的粗糙區域。

結構在循環交變應力作用下的疲勞強度取決于結構的工作級別、材料種類、結構件(或連接)的應力集中情況、最大應力值和交變應力的循環特性等。大量的實驗證明：焊接結構由于焊接殘余應力的存在，裂縫產生部位的實際應力狀態與名義應力產生很大差別，由外載荷引起的應力和高額的殘余內應力迭加，不僅改變了實際應力的大小，而且改變了焊縫及其附近區域應力的拉壓性質，因而影響焊接結構疲勞強度的不再是最大應力和應力比，而受控于該處的應力最大值和最小值之差(即應力幅)，以及接頭構造，材料強度的不同對于大多數焊接連接類別的疲勞強度并無顯著差別。研究表明：結構疲勞強度取決于結構工作級別(應力譜和應力循環次數)、構件連接類別和應力幅值。

國際上許多國家的鋼結構設計規范和起重機規范也相繼將應力幅法作為焊接結構疲勞強度設計的依據，如歐洲鋼結構協會ECCS-TC6，英國BS5400和BS7608，原西德橋規DV804，瑞典焊接結構規范，日本鋼結構協會疲勞設計指南和日本起重機設計規范JIS?B?8821等。我國2003年頒布實施的鋼結構設計規范GB50017-2003也完全采用了應力幅法進行疲勞強度核算。

算例：低架橋結構在交變應力作用下工作，根據岸橋的工作級別推斷低架橋的工作級別在A8級，并在使用年限內總的應力循環次數達到百萬次以上。由于疲勞破壞時應力遠小于靜載下的材料屈服強度或強度極限，因而屈服強度或極限強度已不能作為交變應力下的強度指標，所以除了以上的靜應力計算外，還要進行必要的疲勞計算。

發明內容：

本發明針對現有技術中所存在的缺陷，而提供一種只要明確鋼結構的利用等級、構件和連接類型，通過規范查找載荷譜系數等參數，就可以直接預測某一工作級別下的許用應力幅法疲勞強度預測方法。

為了達到上述目的，本發明提供的一種應力幅法疲勞強度預測方法，其主要包括常幅應力幅疲勞強度預測方法和變幅應力幅疲勞強度預測方法；

所述常幅應力幅疲勞強度預測方法通過能夠實現公式(1)和公式(2)的模塊得到，

式中：——焊接部位應力幅，有：

對于非焊接部位為折算應力幅：

其中：σ_max——計算部位每次應力循環中最大應力；

σ_min——計算部位每次應力循環中最小應力。

——常幅疲勞容許應力幅(N/mm²)，

其中：n——應力循環次數，可從鋼結構設計規范中選用，

c、β——依據構件和連接類型可根據鋼結構設計規范選用；

所述變幅應力幅疲勞強度預測方法通過預測結構在使用壽命期間各種載荷的頻率分布應力幅水平以及頻次分布總和所構成的設計應力譜，并將其折算為等效常幅疲勞，且通過基于算法的模塊實現。

根據上述技術方案得到的本發明只要明確鋼結構的利用等級、構件和連接類型，通過規范查找載荷譜系數等參數，就可以直接預測某一工作級別下的許用應力幅，便于起重設備設計人員應用。

附圖說明：

以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本發明。

圖1為起重機利用登記表。

圖2為構件和連接類別參數表。

圖3為起重機工作級別的劃分表。

具體實施方式：

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。

應力幅法包括常幅應力幅和變幅應力幅兩種，首先，對于常幅(應力循環內的應力幅保持常量)疲勞計算公式推導，據文獻公式為：

式中：——焊接部位應力幅，有：

對于非焊接部位為折算應力幅：

其中：σ_max——計算部位每次應力循環中最大應力；