金屬結(jié)構(gòu)在兩種規(guī)范中疲勞強度計算方法的比較

金屬結(jié)構(gòu)在兩種規(guī)范中疲勞強度計算方法的比較作者：不詳閱讀：93次時間：2005-2-28摘要簡要地將金屬結(jié)構(gòu)在兩種規(guī)范中疲勞強度計算方法的異同點進(jìn)行比較。關(guān)鍵詞疲勞強度計算方法比較金屬結(jié)構(gòu)在《GB3811-83起重機設(shè)計規(guī)范》與《GBJ17-88鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中疲勞強度計算方法有較大的區(qū)別，現(xiàn)比較如下：1、控制疲勞壽命因素的比較GB3811-83提出，結(jié)構(gòu)在循環(huán)交變應(yīng)力作用下，疲勞強度取決于結(jié)構(gòu)的工作級別、材料種類、連接構(gòu)造型式、結(jié)構(gòu)件的最大應(yīng)力以及循環(huán)特性等。GBJ17-88中提出，對焊接結(jié)構(gòu)，控制疲勞壽命最重要的因素是連接構(gòu)造型式和應(yīng)力幅，而與循環(huán)特性沒什么重要關(guān)系。2、疲勞強度計算方法的比較常幅疲勞GB3811-83疲勞強度設(shè)計準(zhǔn)則：需要驗算處的最大應(yīng)力Omax應(yīng)小于或等于疲勞許用應(yīng)力9〕，即OmaxW〔O〕。GBJ17-88疲勞強度設(shè)計準(zhǔn)則：需要驗算處的應(yīng)力幅小于或等于常幅疲勞容許應(yīng)力幅〔△o〕，即AoW〔Ao〕。變幅疲勞兩種規(guī)范對變幅疲勞的計算，都是根據(jù)線性累積損傷理論進(jìn)行等效變換，但是又存在不同之處：GB3811-83中，變幅疲勞計算是按應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力循環(huán)等級將結(jié)構(gòu)劃分為八個工作級別，即A1?A8,根據(jù)線性累積損傷理論求出各個級別下的疲勞許用應(yīng)力〔O-1〕，然后把變幅疲勞按工作級別進(jìn)行計算，即OmaxW〔O—1〕，〔O-1〕為對應(yīng)工作級別下的基本疲勞許用應(yīng)力。GBJ17-88采用方法是從能預(yù)測結(jié)構(gòu)在使用壽命期間的設(shè)計變幅應(yīng)力譜，按各應(yīng)力幅水平出現(xiàn)的頻率，根據(jù)線性累積損傷理論，求出應(yīng)力幅為常量的等效應(yīng)力幅，然后按常幅疲勞計算，計算公式為AoeW〔^O〕，式中AOe為常幅疲勞的等效應(yīng)力幅，Oe=〔工ni(^Oi)B/工ni〕l/B確定。3、對不同構(gòu)件和連接型式的考慮方法的比較GB3811-83中，結(jié)構(gòu)件分為非焊接件和焊接件兩大類，非焊接件的應(yīng)力集中情況分為Wo、Wl、W2三種，焊接件的應(yīng)力集中情況等級分為Ko、KI、K2、K3、K4五種等級。GBJ17-88將各類型的焊接構(gòu)件和連接，按連接方式、受力特點和疲勞強度，再適當(dāng)照顧〔△O〕-n曲線族的等間隔設(shè)置，歸納分類，劃分為八類。對非焊接結(jié)構(gòu)，殘余拉應(yīng)力較小，疲勞壽命不僅與應(yīng)力幅有關(guān)，也與名義應(yīng)力比有關(guān)，為此，該規(guī)范引入折算應(yīng)力幅來計算。4、材料種類影響作用的比較GB38ll-83提出，材料種類是影響結(jié)構(gòu)疲勞強度的重要因素之一，對不同的材料，有不同的許用應(yīng)力基本值。GBJ17-88提出，對于焊接結(jié)構(gòu)，當(dāng)其連接構(gòu)造細(xì)節(jié)相同，承受應(yīng)力幅也相同時，由于鋼種(強度等級)不同而產(chǎn)生疲勞壽命差別并不顯著，即鋼材的靜力強度對焊接構(gòu)件和連接的疲勞強度影響不大。為了簡化計算，可不考慮鋼材靜力等級的差異。例：計算一個十字接頭(焊接)的疲勞強度，焊縫為k型焊縫，設(shè)接頭受到變化的反復(fù)應(yīng)力，經(jīng)分類合并成三組，A組最大應(yīng)力o1=70N/mm2,r1=—0.5,循環(huán)次數(shù)n1-2.5X105；B組O2=60N/mm2,r2=T.0,n2=1.25X105；C組o3=30N/mm2,r3=0,n3=—1.25X105解：⑴按GB3811—83提供的方法計算：該接頭的壽命比系數(shù)Kn按下列計算Kn=Eni/NO=5X105/(1X106)=0.5該接頭的應(yīng)力譜系數(shù)Kp按下列計算Kp=[(o1/a1)mn1+(o2/a2)mn2+(o3/a3)mn3]/(Omax)mn工式中Omax=O1,對結(jié)構(gòu)m=3a1=orl/or,a2=or2/or,a3=or3/or,令當(dāng)量的循環(huán)特性r=r1=-0.5,因為最大應(yīng)力Omax=O1,因此O1=O-0.5/(O-0.5)=1,O2=O-1/O-0.5=0.8O3=O0/O-0.5=1.33貝I」Kp=(O1/a1O1)m?nl/n工+(O2/a2o1)m?n2/n工+(O3/a3o1)m?n3/n工=0.816本例焊縫采用K型(即對接)焊縫，則應(yīng)力集中程度為K3級，其疲勞許用應(yīng)力基本值〔O-1〕N0=45N/mm2，根據(jù)Ort=5/(3-2r)?O-1,可求得r=-0.5時的疲勞許用應(yīng)力[O-0.5]N0=5/(3-2X(-0.5))[oT]N0=56.25N/mm2則可驗算該接頭是否在有限壽命(n工)內(nèi)疲勞破壞[O-0.5]*=[o-0.5]NO/m(Kn?Kp)=75.8N/mm2在此Omax=O-1—70N/mm2V[o-0.5]*=75.8N/mm2,該接頭安全。(2)按GBJ17-88提供的計算方法計算本例焊縫采用K型(即對接)焊縫，查GBJ17-88中“疲勞計算的構(gòu)件和分類”屬第5類,

再查得第5類的n=2X106次的容許應(yīng)力幅為[△O]n=2X106—90N/mm2,B—3。計算各循環(huán)次數(shù)下的應(yīng)力幅△O1=(1-r)o1=[l-(-0.5)]X70—105△O2—(1-r)O2—[1-(-1.0)]X60—120△O3—(1-r)O3—[1-0]X30—30變幅疲勞的等效應(yīng)力幅AO△oe—[工(niQi)p/Eni)]1/p=[n1(^o1)P/nE+n2(^o2)p/nE+n3(^O3)P/