以疲劳分析为基础的设计——寿比南课件.ppt

以疲劳分析为基础的设计 寿比南 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 2007年10月26日 Shou_binan@csei.org.cn 一、概述 疲劳失效 低周疲劳的特点 载荷循环 应力循环 产生应力循环的原因 疲劳失效 静载荷设计和疲劳分析设计 （1）材料强度：?b ?s ?st ?D （2）金属损伤: S-N曲线 （3）分析基础：低周疲劳、虚拟应力 压力容器载荷特点 （1）应力集中：结构、载荷、材料 （2）载荷不稳定 （3）影响因素多 低周疲劳的特点 在循环加载条件下，发生在结构某点处局部的、永久性的损伤递增过程。 损伤将产生裂纹，当扩展至贯穿容器的全壁厚，为疲劳失效。 高应力（大应变） 低周期 载荷（工作）循环 载荷由初始状态进入新状态，随后又回到初始状态的过程。 （1）启动停止循环： （2）正常工作循环： （3）异常工作循环： 应力循环 应力由某初值开始，经过代数最大值和代数最小值，然后又返回初始值的循环。 一个工作循环可以引起一个或多个应力循环 产生应力循环的原因 间歇操作和开、停工造成工作压力和其它载荷的变化； 运行时出现的压力或其它载荷的波动； 运行时出现的周期性的温度变化； 在正常温度变化时，元件的膨胀或收缩受到了约束； 外加的交变机械载荷等。 二、设计疲劳曲线 1。确定应力循环特性的参数 2。低周疲劳中应力变化幅与循环次数的关系 3。影响结构抗低周疲劳的因素 4。平均应力的影响及修正 5。设计疲劳曲线的安全系数 1。确定应力循环特性的参数 2。低周疲劳中应力变化幅与循环次数的关系 （1）以实验为基础 （2）以应变的幅度来描述 2。低周疲劳中应力变化幅与循环次数的关系 3。影响结构抗低周疲劳的因素 （1）载荷类型： （2）尺寸效应和应力梯度： （3）表面状况： （4）应力集中： （5）平均应力的影响 （6）非恒定应力幅的影响 （7）环境影响 4。平均应力的影响及修正 （1）实验条件 （2）Goodman 修正方程 （线性修正） 4。平均应力的影响及修正 非线性修正（高应变情况） 4。平均应力的影响及修正 平均应力的最大影响 4。平均应力的影响及修正 设计疲劳曲线的修正 5。设计疲劳曲线的安全系数 （1）除高强度螺栓材料外的设计疲劳曲线安全系数 （2）高强度螺栓材料的设计疲劳曲线安全系数 （3）标准之间的差别 （1）除高强度螺栓材料外的设计疲劳曲线安全系数 寿命 N： 20 数据分散度：2.0 尺寸因素： 2.5 表面、环境：4.0 应力 Sa: 2.0 （2）高强度螺栓材料设计疲劳曲线的安全系数 寿命 N： 5.7 实验采用实际螺栓材料和尺寸 考虑螺栓的疲劳强度减弱系数 平均应力修正的方法不同 应力 Sa: 1.5 （3）标准之间的差别 JB4732 N=20; Sa=2.0 Kf=4.0 ASME N=20; Sa=2.0 Kf=4.0 BS5500 N=15; Sa=2.2 Kf=2.5 三、累积损伤 1。工作循环与应力循环 2。加载次序的影响 3。累积损伤 1。工作循环与应力循环 疲劳分析设计的工况： 载荷工况（载荷谱） 预计循环次数 应力循环次数 2。加载次序的影响 加载次序对材料疲劳有影响 低周循环 大应变 材料的高韧性 3。累积损伤 基本假设 材料损伤是可以积累的； 材料损伤的最终结果与加载顺序无关。 3。累积损伤 数学表达式 四、壳体中的热应力棘轮作用 五、疲劳分析方法及设计疲劳曲线的应用 1。 载荷分析 2。 结构分析 3。 应力分析 4。 交变应力强度幅的求取 5。 设计疲劳曲线的应用 6。 疲劳强度较核 1。 载荷分析 确定结构的载荷形式、量级、作用区域和波动范围 应力分析的计算条件： 操作条件 结构“设定值” 2。 结构分析 分析部位的力学模型 （1）分析方法 （2）位移边界条件 （3）力边界条件 3。 应力分析 结构力学模型 计算方法 计算结果和结论 签署 4。 交变应力强度幅的求