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3/3.14-15动载焊接结构的设计ⅠⅡDesign of dynamically loaded welded structures IIW Authorized Training Body 国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程 Training Course for International Welding Engineer IIW Authorised Training Body 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； 1焊接结构疲劳强度设计的一般原则 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。 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。 ⑴ 许用应力的确定 ⑵ 设计原则 ⑶ 缺点 ① 没有考虑疲劳载荷的累积效应； ② 没有考虑过载峰对疲劳寿命的影响； ③ 没有考虑千变万化的不确定因素。过去把这些不确定因素的影响，涵盖在安全系数里，加以考虑。 2疲劳强度的许用应力设计法 3.1疲劳裂纹的亚临界扩展 3.2疲劳裂纹扩展规律 疲劳寿命设计有两种设计原则： ⑴ 按疲劳裂纹发生寿命设计：该设计法以积累损伤不产生疲劳裂纹为限度。 ⑵ 按疲劳裂纹扩展寿命设计 3.3裂纹扩展寿命的估算 3焊接结构的疲劳寿命设计 疲劳极限状态法基本特点和基本公式如下。 4.1从随机变幅载荷的实际情况出发； ⑴ 疲劳极限状态设计法，仅适用于低应力中、高周随机变幅疲劳的结构元件及其连接的疲劳计算。对于：① 结构表面温度高于150℃易氧化，更高可能有相变、蠕变等问题；② 海水、腐蚀介质环境会加速裂纹的产生和扩展；③ 消除焊接残余应力的高温热处理可能使构件晶粒粗大，疲劳寿命降低；④ 高应变低周疲劳扩展速率很大等以上特殊情况，另有计算办法，不属于疲劳极限设计法的应用范围。 4疲劳极限状态设计法 疲劳设计应力谱及直方图 车主梁的疲劳应力谱及其直方图 ⑷ 疲劳线性累积损伤定则： ⑸ 等效等幅应力 4.2疲劳强度曲线针对各自不同的实际结构特点 ⑴ 将实际结构细分成各种不同的细节形式， 疲劳计算的构件和连接分类 ⑵ 各个细节的疲劳强度值 105、 2×106、 5×106和 108 用应力幅值表示的疲劳强度曲线 疲劳强度数值 ΔσR (MPa) ⑶ 欧洲钢结构疲劳设计规范表达式： ⑷ 我国钢结构设计标准GB-17-88中，疲劳设计采用的计算公式 C、β值 4.3设计寿命是结构正常使用，正常运行而无须修理的周期 在设计结构时，应考虑各零部件寿命的均衡性，防止薄弱环节降低结构的整体寿命。 4.4保证使用周期终了时的存活率 结构的载荷效应和承载能力，会随时间、环境的变化而不断变化。与原有的设计方法不同，极限状态设计要考虑这些变化的影响，并保证使用周期终了时，结构的实际存活率，即保证结构有足够的可靠度。 4.5焊接学会循环加载