[發明專利]用于鑄鋼節點內無明顯缺陷的鑄鋼節點疲勞壽命估算方法

無效

• 申請號: 201110340647.5
• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN102507896A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 靳慧;莫建華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N33/20
• 分類號: G01N33/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明提供一種土木工程結構中鑄鋼節點的疲勞壽命估算方法，也可用于其它領域中近似材料鑄鋼聯結點的壽命估算。針對不帶明顯缺陷情況下的鑄鋼節點，對其疲勞壽命進行估算。對于節點中沒有明顯缺陷的，根據工程中常用鑄鋼材料的疲勞試驗結果，給出了S-N曲線，根據S-N曲線可進行壽命估算。

背景技術

鑄鋼件是通過鋼鐵高溫融化成鐵水，澆注到提前做好的模具中，冷卻后脫模而成，鑄鋼節點是鑄鋼件的一種表現形式，主要應用于土木工程領域中鋼結構的聯接點。鑄鋼節點采用鑄造工藝澆注生產，由于工藝過程的復雜性，將不可避免地出現疏松、夾渣、氣泡等鑄造缺陷，在疲勞荷載作用下，這些初始鑄造缺陷對鑄鋼節點的承載能力有著顯著的影響。現有的無損檢測手段可方便的對節點進行無損探傷，定點定量給出節點內的缺陷分布及尺寸，本發明按照探傷結果將鑄鋼節點分為帶明顯缺陷和不帶明顯缺陷兩種情況，對其疲勞壽命進行估算。

對于沒有明顯缺陷的鑄鋼節點，可將其視為材質均勻的構件，采用S-N(疲勞應力幅壽命曲線)曲線法進行壽命估算。鑄鋼節點作為新型工程材料和結構型式，目前尚無其S-N曲線數據可供使用，本發明針對工程中常用的鑄鋼材料GS20Mn5V，對其進行了多組樣本的材料疲勞試驗，提供了S-N曲線的分布范圍，提供了S-N曲線的上限、中值及下限。根據本發明提供的S-N曲線，可對沒有明顯缺陷的鑄鋼節點進行壽命估算。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種用于鑄鋼節點內無明顯缺陷的鑄鋼節點疲勞壽命估算方法，由于鑄鋼節點由鑄造工藝鑄造而成，生產過程中難免會產生各種各樣的鑄造缺陷，因此本發明針對節點中沒有明顯缺陷的，根據材料S-N曲線進行壽命估算。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明能夠提出了用于鑄鋼節點內無明顯缺陷的鑄鋼節點疲勞壽命估算方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：確定所需材料的初步疲勞應力幅壽命曲線；計算鑄鋼節點危險點應力幅σ；

步驟2：根據鑄鋼節點的尺寸和表面粗糙程度，計算修正因子K_σD，對材料的初步疲勞應力幅壽命曲線進行修正；

步驟3：根據鑄鋼節點危險點應力幅σ和修正后的疲勞應力幅壽命曲線，得到危險點的疲勞壽命N′；

步驟4：將第3步計算得出的危險點的疲勞壽命N′除以安全系數n，即得到鑄鋼節點疲勞壽命的估算值N。

優選的，在步驟1中，根據常用鑄鋼材料，通過實驗得到疲勞應力幅壽命曲線的分布范圍，其中對于常用鑄鋼材料的中低壽命區，即疲勞應力幅壽命曲線的斜線部分，表達式如下：

公式1

式中σ為應力幅；σ_max為應力最大值；σ_min為應力最小值；N′為對應應力幅σ的鑄鋼材料的疲勞壽命；

疲勞極限σ-1值，即疲勞應力幅壽命曲線的水平部分為：上限值208.0MPa、中值201.3MPa、下限值187.2MPa；

疲勞極限是指危險點的疲勞壽命N′為無窮大時，對應的應力幅值。

優選的，步驟2中，疲勞應力幅壽命曲線的斜線部分，修正方法如下：

公式2

疲勞應力幅壽命曲線的水平部分，修正方法如下：

σ-1D=σ-1KσD]]>公式3

其中KσD=Kσsϵβ1]]>公式4