iwe动载结构及设计

《iwe动载结构及设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、动载焊接结构的设计黑龙江工程学院王佳杰(IWE-3/3.14-17)2010.03动载焊接结构的设计ⅠⅡ一、焊接结构疲劳强度设计的一般原则根据焊接结构的特点和大量实际焊接结构设计的实践经验，得出在焊接结构疲劳强度设计时应予以考虑准则：总的原则：采取一切措施，排除或减小应力集中的影响。1.承受拉伸、弯曲和扭转的构件应采用长而圆滑的过渡结构以减少刚度的突然变化；2.优先选用对接焊缝，尽可能少用角焊缝；3.采用角焊缝时最好用双面角焊缝，避免使用单面焊缝；IWE-3/3.14-15动载焊接结构的设计ⅠⅡ4.采用

2、带有搭接盖板的搭接接头，尽可能不用偏心搭接；5.使焊缝（特别是焊趾、焊缝根部和焊缝端部）位于低应力区（例如弯曲时中性带、承受小弯矩的部分区域、孔边缘上使缺口应力为零的地方、过渡段和转角以外的部位），使各因素引起的缺口效应分散而避免使其叠加；6.在焊趾缺口、焊缝根部缺口和焊缝端部缺口之前或之后（处于力流之中）设置一些缓冲缺口以消除或降低上述缺口部位的应力；IWE-3/3.14-15动载焊接结构的设计ⅠⅡ7.承受横向弯曲的构件应缩短支承间距以减少弯矩；8.横向力应作用于剪切中心之上，以减少扭矩；9.承受拉伸

3、与弯曲的构件如需加强，则加强件长度应小。以减小加强对于构件变形的拘束；10.在薄板范围内合理部位布置焊缝，以减轻弯曲变形；避免能扰乱力流的开口，但与力流垂直的加强筋板角部应切除（加强筋板切角）；11.在特别危险的部位以螺栓接头或铆接接头、锻造连接件代替焊接接头（又可便于装配）等IWE-3/3.14-15疲劳设计方法动载焊接结构的设计ⅠⅡIWE-3/3.14-15许用应力法疲劳寿命设计极限状态设计法我国钢结构标准，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许用应力的确定先通过实验测定材料、

4、结构的疲劳强度或疲劳极限，再按存活率（一般结构97.7％，特重要结构99.99％）和疲劳循环次数（如2×次）确定疲劳强度；疲劳强度的许用应力式中：-安全系数；⑵设计原则最大疲劳工作应力≤许用应力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。二、疲劳强度的许用应力设计法IWE-3/3.14-15三、焊接结构的疲劳寿命设计3.1疲劳裂纹的亚临界扩展图1亚临界裂纹与临界裂纹尺寸一个初始裂纹的构件，只

5、有载荷应力达到临界值时（图1），亦即当裂纹尖端的应力强度因子达到临界值时，才会失稳破坏。一个有初始裂纹的构件承受的循环应力时，裂纹会发生缓慢扩展。初始裂纹扩展到临界裂纹的过程，称为疲劳裂纹的亚临界扩展阶段。研究疲劳裂纹亚临界扩展规律，对结构的疲劳寿命设计和确定现役结构的疲劳寿命，具有重要的理论意义和实用价值。IWE-3/3.14-15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：该设计法以积累损伤，疲劳裂纹不失稳为限度。3.2疲劳

6、裂纹扩展规律IWE-3/3.14-15裂纹扩展速率可写成以下形式：帕瑞斯（Paris）提出了以下关于裂纹扩展的重要经验公式：：对于中心开有长2a缺口（裂纹）的无限宽板，有:亚临界裂纹扩展速率不受试样几何形状和加载方法的限制，而直接受应力强度因子幅度⊿K的控制帕瑞斯的指数规律公式（6-9）有两个缺点：首先它未考虑平均应力对da/dN的影响，其次是它未考虑当裂纹尖端的应力强度因子趋近其临界值KIc时，裂纹的加速扩展效应。福曼（Forman）提出修正公式：图3根据“指数规律”公式绘制的7075-T6铝合金的d

7、a/dN与ΔK的关系曲线图4根据福曼公式绘制的7075-T6铝合金相应曲线图5华格公式处理后的da／dN图6.7.2疲劳裂纹扩展特性da/dN-⊿K曲线的一般关系图6金属材料da/dN—ΔK在双对数坐标上的一般关系图这种指数规律不能用来表征高应变循环条件下裂纹的扩展规律。高应变循环疲劳也称为低循环疲劳或塑性疲劳。它一般发生在高应力、低循环、高扩展速率的情况下，此时试验条件不是控制应力、而是控制应变幅值。断裂力学中用裂纹尖端的张开位移来描述此时的裂纹扩展规律，即以上所讨论的是在应力循环条件下，裂纹在弹性区

8、内的扩展规律。应当说明，这些规律的应用范围是低应力、高循环、低扩展速率。裂纹张开位移幅度⊿δt就是影响裂纹扩展速率的主要参量。低周疲劳（塑性疲劳或应变疲劳）的裂纹扩展速率6.7.3疲劳裂纹扩展寿命的估算以帕瑞斯公式为例，则：对上式求定积分：对于无限大板中心穿透裂纹n=2时，疲劳裂纹扩展寿命为：于是若以福曼公式为例，则：对于无限大板中心穿透裂纹的情况：用⊿Kf表示对应于临界裂纹尺寸ac时的应力强度因子幅值，有：对于应变疲劳的情况，由于此时最大