第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理资料.doc

结构件及连接的疲劳强度起重机钢结构承受作用载荷，起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。起重机工作过程中每个工作循环中应力的变化都是随机的，难以用实验的方法确定其构件或连接的抗疲劳强度。然而，其结构或连接在等应力比的变幅循环或等幅应力循环作用下的疲劳强度是可以用实验的方法确定的，对于起重机构件或连接的疲劳强度可以用循环记数法计算出整个循环应力中的各应力循环参数，将其转化为等应力比的变幅循环应力或转化为等平均应力的等幅循环应力。最后，采用累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。 循环应力的特征参数 最大应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用表示。 最小应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用表示。 整个工作循环中最大应力值最大应力表示。 应力循环特性表示。 循环应力的应力幅 一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用表示。 应力半幅 一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值的一半，用来表示。 应力循环的平均值表示。 应力循环特性 构件或连接单独或同时承受正应力（、）和剪应力（）作用，应力最小应力循环特性、、按式（6-）计算。 (6-1) 式中 —构件(或连接)在疲劳计算点上； —应力循环特性中与相对应的同一疲劳计算点上的； 计算应力循环特性(、、)时，最小应力和最大应力应带各自正负号，拉应力为正号，压应力为负号。值为0。 疲劳强度许用应力疲劳强度许用应力。以对称应力循环)的最大拉应力为纵坐标、破坏时循环数为横坐标，将试验结果绘成曲线如图所示，或称曲线，此曲线表示了材料的疲劳强度与寿命的关系。由曲线可知，随着最大拉应力减小，应力循环次数增加。当减小到某一值时，可以无限增加。对于试件取次时的应力作为材料疲劳极限。以的对称应力循环试验得到含有90%可靠度的疲劳极限除以安全系数疲劳强度许用应力值。工作级别 结构的工作级是结构设计计算的依据，也作为技术参数提供给用户。用户可以按实际使用条件正确的选择或预定机械产品。一设计应充分考虑使用条件，进行疲劳强度校核，在安全和寿命方面才有可能较为接近实际的要求。 结构的工作级别与结构的应力状态(名义应力谱系数)和使用等级应力循环次数)有关。结构件的应力状态和使用等级是依据起重机械的载荷和工作循环次数确定的,结构的工作级别与起重机械工作级别不一定相同，应视具体情况而定。 使用等级 结构件的使用时间，用该结构件的应力循环次数来表示。一个应力循环是指应力从通过平均值时起至该应力同方向再次通过平均值时为止的一个连续过程。图-1表示的是应力循环的时间应力变化过程。结构件总使用时间是指在其设计预期寿命期内，即从开始使用起到该结构件报废为止的期间内，该结构件发生的总的应力循环次数。结构中应力变化的频繁程度，以其在设计寿命期内达到的总应力循环次数n表征。结构件的使用等级按完成的总工作循环次数n的不同，分为11个使用等级，分别以代号B0，B1……B10表示，见表-1。 表-1 结构件的使用等级 代号 总应力循环数n 代号 总应力循环数n B0 16×104 B6 5×1051×106 B1 1.6×1043.2×104 B7 1×1062×106 B2 3.2×1046.3×104 B8 2×1064×106 B3 3.2×1041.25×105 B9 4×1068×106 B4 1.25×1052.5×105 B10 8×106 B5 2.5×1055×105 应力状态 应力状态是用来表明结构件中应力或部分应力达到最大的情况。当结构件中应力或部分应力达到最大的情况不明时，应与用户协商，根据用途按表-2确定应力状态。当载荷情况已知时，应按下式计算实际应力谱，再按表-2选取接近且较大的名义应力谱系数值来确定状态。 结构件的应力谱，是表明在总使用时间内在它上面发生的应力大小及这些应力循环次数的情况。每一个应力谱对应有一个应力谱系数。 （-2） 式中—结构件应力谱的计算值； —该结构件发生的不同应力相应的应力循环数，； —结构件总的应力循环数，； —该结构件在工作时间内发生的不同应力， —为应力中的最大应力— 指数。与有关材料的性能结构件的种类、形状和尺寸表面粗糙度以及腐蚀程度等有关，由实验得出。 展开后，（-2）式变为： （-3） 然后按表6-2可以确定该结构件或机械零件的应力谱系数和相应的应力状态。 表-2 结构件应力状态和应力谱系数应力状态S1 S2 S3 S4 应力谱系数≤0.125 0.125＜≤0.25 0.25＜≤0.5 0.5＜≤1 注：确定应力谱系数所采用的应力是该结构件在工作期间内发生的