金屬結構在兩種規(guī)范中疲勞強度計算方法的比較.doc

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金屬結構在兩種規(guī)范中疲勞強度計算方法的比較 作者：不詳　閱讀：93 次　時間：2005-2-28 　　摘　要　　簡要地將金屬結構在兩種規(guī)范中疲勞強度計算方法的異同點進行比較。 　　關鍵詞　　疲勞強度　　計算方法　比較 　　金屬結構在《GB3811-83起重機設計規(guī)范》與《GBJ17-88鋼結構設計規(guī)范》中疲勞強度計算方法有較大的區(qū)別，現(xiàn)比較如下：　 　　1、控制疲勞壽命因素的比較 　GB3811-83提出，結構在循環(huán)交變應力作用下，疲勞強度取決于結構的工作級別、材料種類、連接構造型式、結構件的最大應力以及循環(huán)特性等。 　GBJ17-88中提出，對焊接結構，控制疲勞壽命最重要的因素是連接構造型式和應力幅，而與循環(huán)特性沒什么重要關系。 　　2、疲勞強度計算方法的比較 　　2.1常幅疲勞 　GB3811-83疲勞強度設計準則：需要驗算處的最大應力σmax應小于或等于疲勞許用應力〔σ〕，即σmax≤〔σ〕。 　GBJ17-88疲勞強度設計準則：需要驗算處的應力幅△σ小于或等于常幅疲勞容許應力幅〔△σ〕，即△σ≤〔△σ〕。 　　2.2變幅疲勞 　　兩種規(guī)范對變幅疲勞的計算，都是根據(jù)線性累積損傷理論進行等效變換，但是又存在不同之處： 　GB3811-83中，變幅疲勞計算是按應力狀態(tài)和應力循環(huán)等級將結構劃分為八個工作級別，即Ａ1～Ａ8，根據(jù)線性累積損傷理論求出各個級別下的疲勞許用應力〔σ-1〕，然后把變幅疲勞按工作級別進行計算，即σmax≤〔σ－１〕，〔σ-1〕為對應工作級別下的基本疲勞許用應力。 　GBJ17-88采用方法是從能預測結構在使用壽命期間的設計變幅應力譜，按各應力幅水平出現(xiàn)的頻率，根據(jù)線性累積損傷理論，求出應力幅為常量的等效應力幅，然后按常幅疲勞計算，計算公式為△σe≤〔△σ〕，式中△σe為常幅疲勞的等效應力幅，σe＝〔∑ni(△σi)β／∑ni〕１／β確定。 　　3、對不同構件和連接型式的考慮方法的比較 　GB3811-83中，結構件分為非焊接件和焊接件兩大類，非焊接件的應力集中情況分為Wo、W1、W2三種，焊接件的應力集中情況等級分為Ko、K1、K2、K3、K4五種等級。 　GBJ17-88將各類型的焊接構件和連接，按連接方式、受力特點和疲勞強度，再適當照顧〔△σ〕-n曲線族的等間隔設置，歸納分類，劃分為八類。對非焊接結構，殘余拉應力較小，疲勞壽命不僅與應力幅△σ有關，也與名義應力比有關，為此，該規(guī)范引入折算應力幅來計算。 　　4、材料種類影響作用的比較 　　GB3811-83提出，材料種類是影響結構疲勞強度的重要因素之一，對不同的材料，有不同的許用應力基本值。 　GBJ17-88提出，對于焊接結構，當其連接構造細節(jié)相同，承受應力幅也相同時，由于鋼種（強度等級）不同而產(chǎn)生疲勞壽命差別并不顯著，即鋼材的靜力強度對焊接構件和連接的疲勞強度影響不大。為了簡化計算，可不考慮鋼材靜力等級的差異。 　例：計算一個十字接頭（焊接）的疲勞強度，焊縫為k型焊縫，設接頭受到變化的反復應力，經(jīng)分類合并成三組，Ａ組最大應力σ1＝70N/mm2，r1＝－0.5，循環(huán)次數(shù)n1＝2.5105；Ｂ組σ2＝60N/mm2，r2＝-1.0，n2＝1.25105；Ｃ組σ3＝30N/mm2，r3＝0，n3＝－1.25105 　解：⑴按GB3811－83提供的方法計算： 　　該接頭的壽命比系數(shù)Ｋn按下列計算 　　Kn=∑ni／NO＝5１０５/（１１０６）＝０.５ 該接頭的應力譜系數(shù)Ｋp按下列計算 Ｋp＝[（σ１/α１)mn1+(σ2/α2）mn2+(σ3/α3）mn3] 　　?。é襪ax）mn∑ 式中σmax=σ１，對結構m=3 　　　　α１=σr1／σr,α2=σr2／σr,α3=σr3／σr, 令當量的循環(huán)特性r=r1=-0.5,因為最大應力σmax=σ１， 因此σ１=σ-0.5／（σ-0.5）=1,σ2=σ-1／σ-0.5=０.８ 　σ3=σ0／σ-0.5=１.３３ 　則Kp=(σ１/α1σ１)mn1/n∑+（σ2/α2σ１)mn2/n∑ 　　　　+（σ3/α3σ１)mn3/n∑＝０.８１６ 　本例焊縫采用Ｋ型（即對接）焊縫，則應力集中程度為Ｋ3級，其疲勞許用應力基本值〔σ-1〕NO＝45N/mm2，根據(jù) 　σrt=5/（3-2r）σ-1,可求得r=-0.5時的疲勞許用應力 ?。郐?0.5］NO=5/(3-2(-0.5))［σ-1］NO＝56.25N/mm2 　則可驗算該接頭是否在有限壽命(n∑)內(nèi)疲勞破壞 　[σ-０.５]*＝［σ-０.５］ＮＯ/ｍ(ＫｎＫｐ)＝75.8Ｎ／mm2 在此σmax=σ-1＝７０Ｎ／mm2＜[σ-０.５]*=75.8N/mm2， 該接頭安全。 　(2)按GBJ17-88提供的計算方法計算 　　本例焊縫采用Ｋ型（即對接）焊縫，查GBJ17-88中“疲勞計算的構件和分類”屬第５類，再查得第５類的n=2１０６次的容許應力幅為［△σ］n=2１０６＝９０Ｎ／mm2,β＝３。 　計算各循環(huán)次數(shù)下的應力幅 　△σ1=(1-r)σ１=［l-（-０.５）］７０＝１０５ 　△σ２＝(１-r)σ２＝［１-（-1.0）］６０＝１２０ 　△σ３＝(１-r)σ３＝［１-０］３０＝３０ 變幅疲勞的等效應力幅△σ 　△σe＝［∑(ni(△i)β/∑ni)］１／β 　　　　=［n1(△σ1)β/n∑+n2(△σ2)β/n∑+ 　　　　　n3(△σ3)β/n∑］1/β 　　　　=(2.5１０５３/５＋１.２５１２０３/５ 　　　　＋１.２５３０３/５）１／３＝１００.５８ 　△e＞［△σ］＝９０，該接頭疲勞破壞。 　　從兩種規(guī)范計算方法及結果可見，規(guī)范GBJ17—88中疲勞強度計算控制得更為嚴格。