《大连交通大学疲劳讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大连交通大学疲劳讲义（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、英国标准（BS7608：1993）英国标准（BS7608：1993） 结构设计不合理导致应力集中; ?接头型式导致应力集中;接头型式导致应力集中; ?焊接缺陷导致应力集中：裂纹、未焊透、未熔合、咬边、气孔 、夹渣; 焊接缺陷导致应力集中：裂纹、未焊透、未熔合、咬边、气孔 、夹渣; ?焊接残余应力加剧应力集中.焊接残余应力加剧应力集中. 大连交通大学大连交通大学 4 基于英国标准（BS7608:1993）的疲劳寿命预测4 基于英国标准（BS7608:1993）的疲劳寿命预测 4.1 算法原理简述4.1 算法原理简述 （1）计算损伤比（1）计算损伤比 损伤比（SrSo） 损伤比（SrSo） 式中，
2、 n为被评估点应力幅Sr发生的次数； So为该评估点所在接头的S-N曲线拐点。 m为S-N曲线斜率。 损伤比（SrSo） 损伤比（SrSo） 式中， n为被评估点应力幅Sr发生的次数； So为该评估点所在接头的S-N曲线拐点。 m为S-N曲线斜率。 （2）损伤累计（2）损伤累计 mr S Sn N n )( 10 0 7 = )2( 0 7 )( 10 + = mr S Sn N n 1= i i i N n 大连交通大学大连交通大学 4 基于英国标准（BS7608:1993）的疲劳寿命预测4 基于英国标准（BS7608:1993）的疲劳寿命预测 4.2 技术路线 （1）指定具体待评点的位置；
3、 （2）如果有动应力实测数据，通过编谱而获得该点的应力幅 值谱，转到第（5）步； （3）如果没有动应力实测数据，有载荷谱，那么创建有限元 模型； （4）根据载荷谱及有限元模型获得该点的应力幅值谱； （5）根据该点所在焊接接头类型细节及承载方向，在BS中选 择对应的用于建立S-N曲线的疲劳级别（FAT）及相关参数; （6）根据损伤比计算公式，计算损伤比累计； （7）根据载荷谱或动应力谱所对应的里程数，由Minner公式 求出寿命（里程）； 4.2 技术路线 （1）指定具体待评点的位置； （2）如果有动应力实测数据，通过编谱而获得该点的应力幅 值谱，转到第（5）步； （3）如果没有动应力实测数据，
4、有载荷谱，那么创建有限元 模型； （4）根据载荷谱及有限元模型获得该点的应力幅值谱； （5）根据该点所在焊接接头类型细节及承载方向，在BS中选 择对应的用于建立S-N曲线的疲劳级别（FAT）及相关参数; （6）根据损伤比计算公式，计算损伤比累计； （7）根据载荷谱或动应力谱所对应的里程数，由Minner公式 求出寿命（里程）； 大连交通大学大连交通大学 5 基于国际焊接学会（IIW）标准的疲劳寿命预测5 基于国际焊接学会（IIW）标准的疲劳寿命预测 5.1寿命计算公式： 5.2技术路线 （1）指定具体待评点的位置； （2）如果有动应力实测数据，通过编谱而获得该点的应力幅 值谱，转到第（5）步；
5、 （3）如果没有动应力实测数据，有载荷谱，那么创建有限元 模型； （4）根据载荷谱及有限元模型获得该点的应力幅值谱； （5）根据该点所在焊接接头类型细节及承载方向，在IIW中选 择对应的用于建立S-N曲线的疲劳级别（FAT）及相关参数; （6）根据损伤比计算公式，计算损伤比累计； （7）根据载荷谱或动应力谱所对应的里程数，由Minner公式 求出寿命（里程）； 5.1寿命计算公式： 5.2技术路线 （1）指定具体待评点的位置； （2）如果有动应力实测数据，通过编谱而获得该点的应力幅 值谱，转到第（5）步； （3）如果没有动应力实测数据，有载荷谱，那么创建有限元 模型； （4）根据载荷谱及有限元
6、模型获得该点的应力幅值谱； （5）根据该点所在焊接接头类型细节及承载方向，在IIW中选 择对应的用于建立S-N曲线的疲劳级别（FAT）及相关参数; （6）根据损伤比计算公式，计算损伤比累计； （7）根据载荷谱或动应力谱所对应的里程数，由Minner公式 求出寿命（里程）； m C N = 大连交通大学大连交通大学 6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 6.1共性归纳 （1）Minner损伤累积是AAR/BS/IIW的理论基础，其中BS与 IIW的寿命计算公式本质完全相同，可以互换。 （2）均提供了大量的极有价值的接头数据库，与我国TB相比 ，
7、 6.1共性归纳 （1）Minner损伤累积是AAR/BS/IIW的理论基础，其中BS与 IIW的寿命计算公式本质完全相同，可以互换。 （2）均提供了大量的极有价值的接头数据库，与我国TB相比 ，“价值连城价值连城”。 （3）可操作性强，不仅有理论，亦有技术，不仅有数据，亦 有工艺要求，只要被评估对象的接头型式落入它们提供的数据库 之中，其寿命评估就是科学的有价值的。 （4）AAR/BS/IIW尤其适合焊接结构的疲劳寿命预测与评估。 。 （3）可操作性强，不仅有理论，亦有技术，不仅有数据，亦 有工艺要求，只要被评估对象的接头型式落入它们提供的数据库 之中，其寿命评估就是科学的有价值的。 （4）
8、AAR/BS/IIW尤其适合焊接结构的疲劳寿命预测与评估。 大连交通大学大连交通大学 6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 6.2 个性对比6.2 个性对比 （1）AAR（1）AAR AAR适用于新造货车疲劳设计。 AAR的焊接接头数据库是建立修正Goodman图的依据。 由于基于修正Goodman图计算寿命，因而考虑了动应力的循环特性R的影响。 AAR提供的载荷谱非常有工程应用价值。 AAR适用于新造货车疲劳设计。 AAR的焊接接头数据库是建立修正Goodman图的依据。 由于基于修正Goodman图计算寿命，因而考虑了动应力的循环特性R的
9、影响。 AAR提供的载荷谱非常有工程应用价值。 （2）BS(7608:1993)（2）BS(7608:1993) 使用于钢结构，其中包括焊接接头及螺栓连接接头。 将钢结构接头细节分成10级，每一级别中不仅提供了建立S-N曲线的信息，还提供了工 艺条件的细节要求。 从工程的角度看，注重工程应用。 使用于钢结构，其中包括焊接接头及螺栓连接接头。 将钢结构接头细节分成10级，每一级别中不仅提供了建立S-N曲线的信息，还提供了工 艺条件的细节要求。 从工程的角度看，注重工程应用。 （3）IIW（3）IIW 比BS更注重焊接接头细节，焊接接头分类更详细。 考虑了更多的其它因素对寿命的影响，并提供了相当丰
10、富的实验数据。 不仅适用于钢结构，也适用于铝合金结构。 考虑了裂纹的扩展。 比BS更注重焊接接头细节，焊接接头分类更详细。 考虑了更多的其它因素对寿命的影响，并提供了相当丰富的实验数据。 不仅适用于钢结构，也适用于铝合金结构。 考虑了裂纹的扩展。 大连交通大学大连交通大学 6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 6.36.3 使用AAR/BS/IIW时的几点提醒：使用AAR/BS/IIW时的几点提醒： （1）考虑到我们的焊接工艺水平的不稳定性及材料质量的分散性，即使是同样的焊接接头 ，其寿命要比国外的要低一些。 （2）由于实际机车车辆结构的复杂
11、性，AAR/BS/IIW不可能提供支持所有产品的焊接接头数 据，因此，寿命计算过程中，对关键部位，当很难以在AAR/BS/IIW找到可以借用的接头 数据时，要么勉强借用，要么投入时间与资金在实验室里补做，当接头形状极其复杂时 ，补做也不是一件容易的事情。 （1）考虑到我们的焊接工艺水平的不稳定性及材料质量的分散性，即使是同样的焊接接头 ，其寿命要比国外的要低一些。 （2）由于实际机车车辆结构的复杂性，AAR/BS/IIW不可能提供支持所有产品的焊接接头数 据，因此，寿命计算过程中，对关键部位，当很难以在AAR/BS/IIW找到可以借用的接头 数据时，要么勉强借用，要么投入时间与资金在实验室里补
12、做，当接头形状极其复杂时 ，补做也不是一件容易的事情。 （3）注意: AAR/BS/IIW的标准接头的板厚为16MM,如果实际接头的板厚不是16MM,必须 按以下的公式修正: 式中，为标准焊接接头的板厚时的焊接接头疲劳强度； t为当前接头的板厚； S为当前接头的疲劳强度。 （3）注意: AAR/BS/IIW的标准接头的板厚为16MM,如果实际接头的板厚不是16MM,必须 按以下的公式修正: 式中，为标准焊接接头的板厚时的焊接接头疲劳强度； t为当前接头的板厚； S为当前接头的疲劳强度。 25.0 )(* t t SS B B = B S mmt B 16= 大连交通大学大连交通大学 6 AAR
13、/BS/IIW标准的个性与共性讨论6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 (4) IIW标准对不同板厚的修正(4) IIW标准对不同板厚的修正 IIW标准中指出当板的实际厚度增加时，接头的疲劳强度将降低。在裂纹从 焊趾处萌生的情况F，IIW给出了板厚为t时的疲劳强度修正： 式中，为板厚为标准值时的疲劳强度，为实际板厚为t时而换算出来的疲劳强度 。该修正公式可以具体化为： 式中，取值为25mm，n随具体接头类型及焊后处理情况不同而不同. IIW标准中指出当板的实际厚度增加时，接头的疲劳强度将降低。在裂纹从 焊趾处萌生的情况F，IIW给出了板厚为t时的疲劳强度修正： 式中，为板厚为标准值时的
14、疲劳强度，为实际板厚为t时而换算出来的疲劳强度 。该修正公式可以具体化为： 式中，取值为25mm，n随具体接头类型及焊后处理情况不同而不同. n base t t t )(= n t t ) 25 (= base t 接头类别条件n 十字接头，T型接头，具有横向加强筋的平板焊后自然状态0.3 十字接头，T型接头，具有横向加强筋的平板焊趾打磨0.2 横向对接平焊缝焊后自然状态0.2 对接焊缝磨平，母材，纵向焊缝，纵向加强筋板任何情况下0.1 IIW板厚修正指数确认 大连交通大学大连交通大学 6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 算例：t=28m
15、m，FAT(25)=80Mpa， FAT(28)=80 =56.9Mpa FAT(28)=80 =78.2Mpa FAT(28)=80 =79.1Mpa 结论：当接头类型比较复杂，且不打磨，板厚虽然增加12% ，但疲劳强度反而下降29%。 3 . 0 ) 28 25 ( 2 . 0 ) 28 25 ( 1 . 0 ) 28 25 ( 大连交通大学大连交通大学 6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 (5)IIW标准对不同温度的修正 当焊接接头处于高温工作状态时，其疲劳强度将下降，其下降因子如 下图所示： (5)IIW标准对不同温度的修正 当焊接
16、接头处于高温工作状态时，其疲劳强度将下降，其下降因子如 下图所示： 高温下钢结构的疲劳强度降低因子 对机车车辆焊接结构而言，工作温度较低，不必修正。对机车车辆焊接结构而言，工作温度较低，不必修正。 大连交通大学大连交通大学 6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论6 AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 (6) IIW标准中，应力循环特征R0.5时的修正 IIW标准中指出，当焊接接头残余应力被释放后，该焊接接头的疲劳强 度应当提高且提高程度与应力循环特性相关，其提高因子如下图所示： (6) IIW标准中，应力循环特征R0.5时的修正 IIW标准中指出，当焊接接头残余应力被释放后，该焊接接头的疲劳强 度应当提高且提高程度与应力循环特性相关，其提高因子如下图所示： 提高因子 f(R) 必须指出：对于复杂的二、三维构件；高残余应力构件；厚壁构件，均不要修正。同时还应注意： 残余应力的释放很难彻底；实际工程问题中，各种焊接接头装配后也可能导致相当长时间驻留的 残余应力，因此，仅在极其特殊的情况下才考虑
