下一个钢板切割工件：钢板零售材的复杂应力

第五节钢板加工材的疲劳强度
钢板加工材在连续反复荷载作用下,虽然应力低于极限强度,甚至还低于屈服强度，还是可能发生破坏，这种现象称为钢板加工材的疲劳现象或疲劳破坏。钢板加工材在疲劳破坏之前，并不出现明M的变形和局部收缩。与脆性破坏一样，是一种突然发生的断裂。
钢板加工材的疲劳强度与连续反复荷载引起的应力种类(拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式，应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有直接关系。
连续反复荷载引起的应力循环形式有同号应力循环和异号应力循环两种类型（图2-10),以循环的下应力〜in与上应力crm„之比(拉应力取正号，压应力取负号）来表示。
/rr\
■_
图2-10应力®环形式
时，为异号应力循环；
P=-l时，疲劳强度为最小；
P>0时,为同号应力循环；疲劳强度较大I
P=1时，为静荷载。
许多疲劳试验表明：焊接结构中存在着焊缝附近的残余拉应力峰值，其数值达到钢板加工材的屈服强度的数M级。应力比P=-/<^„不代表疲劳裂缝出现处的应力状态。实际t，应力循环是从受拉屈服强度U开始，变动一个应力幅Aa=amtx-am；n,丙而焊接连接或焊接构件的疲劳性能直接与应力幅Ac;有关，而与应力比p的关系不是非常密切。
疲劳试验还证明：不同钢板加工种在相同应力幅条件下,疲劳寿命相差不多，即钢板加工材的静力强度对疲劳强度影响不大,决定疲劳寿命的主要因素是应力幅Aa值。
试验研究和理论分析证实，焊接结构的疲劳裂缝总是产生于连接部位的焊缝、熔合线的表面或焊缝内部缺陷处，然后沿垂直于外力作用方向扩展。在裂缝形成过程中，应力循环的实际状态是由接近屈服强度的知名应力按应力幅Acr=a^-a„i0变化的。式中和只是名义上的知名应力和最小应力。而裂缝扩展阶段的裂缝扩展速率主要由应力丨幅控制，应力幅Aa是控制各种连接形式的疲劳寿命的最主要的应力变ft。
焊接结构的疲劳计算公式为，
[ACT] (2-8)
式中Act——焊接部位的应力幅度，=
非焊接部位的应力幅度，AC；=-0.lam^
计算部位每次应力循环中的知名拉应力（取正值)；
^.n计算部位每次应力循环中的最小拉应力或压应力（拉应力取正值；压应力取
负值）；
[Aor]一常幅（所有应力循环内的应力幅保持常量）疲劳的容许应力幅(N/mra2)。按下式计算：
/r\1/4
[Aa]=(-1) (2-9)
C'P 系数，根据表2-3计算，构件连接分类按附录表3-23取用；
«——应力循环次数。
系数c、/8值 表2-3
构件和连接分类 1 2 3 4 5 6 7 8
•*
C 1.94xl0» 3.61x10“ 3.26x10** 2.18X101* 1.47xl0« <
9.64X10" 6.46X10U 4.06X10U
P 4 4 3 3 3 3 3 3

山于现阶段对疲劳裂缝的形成、扩展以致断裂过程的极限状态定义和影响这•随机过程的有关因素的研究还很不够，到目前为止，钢板加工材疲劳破坏的机理尚未完全弄淸楚，因此，只能采用容许应力设计方法。
当应力循环内的应力幅度随机变化时（变幅疲劳)，若能祯测结构在使用寿命期间各种荷载的频率分布、应力幅水平和频次分布总和所构成的设计应力谱，则可根据累枳损伤原理，将变幅疲劳折算为等效常幅疲劳,并按下式计算，
式中Ao*——变幅疲劳的等效应力幅，按下式确定:
A〜(2-H)
—以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；n.——预期寿命的应力幅水平达Aon的应力循环次数;
P——系数，按表2-3采用。
当没有设计应力谱时，可近似地按常幅疲劳计算。但式(2-9)中的循环次数n,应根据构件实际使用的满负荷程度予以折减。
重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架的疲劳可作为常幅疲劳按下式计算：
a；-ACT<[Acr]2llIo.
中 《/ 欠载效应的等效系数，按表2-5采用；
[Act]2,w 循环次数fi为2xl06次的容许应力幅,按表2-4采用。
吊车梁中吊车桁架欠栽效应的等效系数巧 表2_4
吊车类别 at
重级工作制硬钩吊车(如均热炉车间夹钳吊车） 1.0
重级工作制软钩吊车 0.8
中级工作制吊车 0.5

循环次数n为2x103次的容许应力幅(N/_2) 2-5
构件和连接类别 1 2 3 45
! 6 7 8
[AC7]jxio* 176 144 118 103190 78 69 59