[发明专利]一种应力幅法疲劳强度预测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种应力幅法疲劳强度的计算方法，特别涉及一种只要明确钢结构的利用等级、构件和连接类型，通过规范查找载荷谱系数等参数，就可以直接预测某一工作级别下的许用应力幅法疲劳强度预测方法。

背景技术：

目前应用较多的疲劳计算方法有最大应力法、应力比法和应力幅法。

疲劳破坏现象表明，构件在交变应力作用下发生失效，具有以下特征：1、破坏时的名义应力远小于材料在静载荷下的强度指标；2、构件在一定量的交变作用力下发生破坏有一个过程，既需要进行一定数量的应力循环；3、构件在破坏前没有明显的塑性变形，即使再好的塑性材料也会呈现脆性破坏；4、构件在同一破坏断面，明显划分成光亮区域与颗粒状的粗糙区域。

结构在循环交变应力作用下的疲劳强度取决于结构的工作级别、材料种类、结构件(或连接)的应力集中情况、最大应力值和交变应力的循环特性等。大量的实验证明：焊接结构由于焊接残余应力的存在，裂缝产生部位的实际应力状态与名义应力产生很大差别，由外载荷引起的应力和高额的残余内应力迭加，不仅改变了实际应力的大小，而且改变了焊缝及其附近区域应力的拉压性质，因而影响焊接结构疲劳强度的不再是最大应力和应力比，而受控于该处的应力最大值和最小值之差(即应力幅)，以及接头构造，材料强度的不同对于大多数焊接连接类别的疲劳强度并无显著差别。研究表明：结构疲劳强度取决于结构工作级别(应力谱和应力循环次数)、构件连接类别和应力幅值。

国际上许多国家的钢结构设计规范和起重机规范也相继将应力幅法作为焊接结构疲劳强度设计的依据，如欧洲钢结构协会ECCS-TC6，英国BS5400和BS7608，原西德桥规DV804，瑞典焊接结构规范，日本钢结构协会疲劳设计指南和日本起重机设计规范JIS B 8821等。我国2003年颁布实施的钢结构设计规范GB50017-2003也完全采用了应力幅法进行疲劳强度核算。

算例：低架桥结构在交变应力作用下工作，根据岸桥的工作级别推断低架桥的工作级别在A8级，并在使用年限内总的应力循环次数达到百万次以上。由于疲劳破坏时应力远小于静载下的材料屈服强度或强度极限，因而屈服强度或极限强度已不能作为交变应力下的强度指标，所以除了以上的静应力计算外，还要进行必要的疲劳计算。

发明内容：

本发明针对现有技术中所存在的缺陷，而提供一种只要明确钢结构的利用等级、构件和连接类型，通过规范查找载荷谱系数等参数，就可以直接预测某一工作级别下的许用应力幅法疲劳强度预测方法。

为了达到上述目的，本发明提供的一种应力幅法疲劳强度预测方法，其主要包括常幅应力幅疲劳强度预测方法和变幅应力幅疲劳强度预测方法；

所述常幅应力幅疲劳强度预测方法通过能够实现公式(1)和公式(2)的模块得到，

式中：——焊接部位应力幅，有：

对于非焊接部位为折算应力幅：

其中：σ_max——计算部位每次应力循环中最大应力；

σ_min——计算部位每次应力循环中最小应力。

——常幅疲劳容许应力幅(N/mm²)，

其中：n——应力循环次数，可从钢结构设计规范中选用，

c、β——依据构件和连接类型可根据钢结构设计规范选用；

所述变幅应力幅疲劳强度预测方法通过预测结构在使用寿命期间各种载荷的频率分布应力幅水平以及频次分布总和所构成的设计应力谱，并将其折算为等效常幅疲劳，且通过基于算法的模块实现。

根据上述技术方案得到的本发明只要明确钢结构的利用等级、构件和连接类型，通过规范查找载荷谱系数等参数，就可以直接预测某一工作级别下的许用应力幅，便于起重设备设计人员应用。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为起重机利用登记表。

图2为构件和连接类别参数表。

图3为起重机工作级别的划分表。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

应力幅法包括常幅应力幅和变幅应力幅两种，首先，对于常幅(应力循环内的应力幅保持常量)疲劳计算公式推导，据文献公式为：

式中：——焊接部位应力幅，有：

对于非焊接部位为折算应力幅：

其中：σ_max——计算部位每次应力循环中最大应力；