钢吊车梁剩余疲劳寿命评估-结构工程专业论文.docxVIP

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕 士学位论文  PAGE 10  PAGE 9 19世纪中期，随着蒸汽机的发明和铁路运输业兴起，机车车辆的疲劳破坏累 次发生，1860 1870 年间，英国每年死于铁路事故的约 200 人。 1938 年 3 月，比利时的费廉尔德大桥折成三段，坠入河中。 1947-1950 年间， 比利时发生 14 起桥梁脆断事故。事故分析表明，大都是出现裂纹后造成的。 第二次世界大战期间，美国建造的 2500 艘自由舰，竟有 700 艘停泊在海洋中 的自由舰发生严重破坏，其中 145 艘断成两截。事故分析表明，多数是由 于焊缝 夹杂或未焊透等原因产生应力集中所造成的。 20 世纪 50 年代前后，飞机结构连续发生疲劳断裂事故。 1948 年，美国马 丁-202 运输机在正常航班中因梁缘条疲劳破坏而失事; 1951 年，英国鸽式 飞机因翼缘破坏在澳大利亚失事; 1952 年，美国 F-59 蟹式歼击机因机翼主接头 疲劳破坏而连续发生事故。 1954 年，英国喷气式客机彗星 I号连续两次在航 线上发生灾难性事故，增压舵的疲劳破坏是导致失事的原因。据不完全统计， 1948 1965 年间，仅英、美两国就陆续发生 20 余起飞机结构的疲劳、断裂事故。 正是这些事故，导致美国空军在 60 年代初的飞机设计规范中，要求采用以疲劳学 为基础的安全寿命设计准则问。 1949 年，东俄亥俄煤气公司的圆形柱液态天然气罐爆炸，使周围街市变为废 墟。1978 年 7 月，西班牙一个液体丙稀储罐爆炸，死伤 260 人问。 鉴于结构疲劳破坏产生的危害性极大，世界各国学者都对疲劳问题进行了深 入的研究，并提出了 一些建设性的理论和方法，有些方法已经应用到实际工程结 构当中。 1.2.2 疲劳研究的历史发展 人们对疲劳问题的研究和试验历史可追溯到 19 世纪。 19 世纪初，随着蒸汽 机的出现和铁路运输的发展，机车车轴经常发生意外破坏，即在满足静强度的条 件下，经过一段时间的使用，会突然发生断裂，这一现象引起了人们的注意。机 车车轴在运转中承受着周期性变化的弯曲应力，这种周期性变化的应力称为交 变应力气对交变应力作用下的车轴进行研究，发现车轴能承受的交变应力大小比 能承受的静应力要小得多，这种在交变应力作用下发生破坏的现象叫做疲劳 破坏。 1829 年，德国采矿工程师 W.A.J.Albert 使用铁制的矿山升降机链条进行了反 复加载试验，以校验其可靠性，并提出了第一个疲劳研究报告 [4]。 1852 1870 年间，德国工程师 W汕ler 对疲劳问题进行了长达十多年的研究，  中间做了大量 的疲劳试验，他的工作被认为是第一次系统的疲劳研究。他发现钢 铁材料在循环荷载作用下的强度要远低于静力荷载下的强度，疲劳寿命随着应力 幅的增加而减少，而且当应力幅低于某 一数值时，无论循环多少次，试件也不会 断裂，作出了目前疲劳分析中常用的 S -N 曲线。 1874 年，德国工程师 H.Gerber 开始进行疲劳设计方法的研究，他提出了考虑 平均应力影响的疲劳寿命计算方法。 1910 年， 0且Bωq山n 提出了描述金属 S-N 曲线的经验规律，并指出应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内呈现 线性关系。 1945 年， M.A.Miner 在瑞典工程师A.Palmgren 研究的基础上提出了线性累积 损伤准则，这个准则通常被称为 Palmgren-Miner 准则。该准则认为在循环荷载的 作用下，疲劳损伤是可以线性地累加的，各个应力之间相互独立，当累加的损伤 达到一定数值时，试件或构件就发生疲劳破坏。这个准则虽然存在一些缺陷，但 经过多年的试验和理论研究证明，该准则在结构构件的疲劳设计和疲劳寿命评估 中不失为一种合理而有效的方法。很多国家的规范都采用这种方法进行疲劳设计 和疲劳寿命评估。 1920 年， Griffith 提出了脆性断裂理论，他从能 量的观点研究了带裂纹脆性 材料的断裂问题，但没有引起广泛的注意。 20 世纪 50 年代，伊尔文 CIrwin)建 立了裂纹尖端应力强度因子理论，这为线弹性断裂力学 和疲劳裂纹扩展寿命的评 估奠定了基础。 1957 年，美国人 Paris卫c.提出了著名的 Paris 公式，该公式表明 疲劳裂纹扩展是由裂纹尖端弹性应力强度因子的变化幅所决定的，这为疲劳寿命 评估提供了一种新方法。随后，在此基础上形成了损伤容限设计法，目前这种方 法已经在航空航天、压力容器、管道、船舶等领域的安全性评估中得到了广泛应 用。 随着可靠性理论的发展和疲劳研究的深入，很多学者将可靠性理论引入疲劳 问题的研究中，形成了疲劳可靠性理论。 19 世纪 70年代， wirshing 等