第6章結(jié)構(gòu)件及連接的疲勞強(qiáng)度計(jì)算原理

1、148圖 6-1 循環(huán)應(yīng)力示意圖第 6 章 結(jié)構(gòu)件及連接的疲勞強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)件及連接的疲勞強(qiáng)度隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，起重機(jī)械的應(yīng)用越來越頻繁，對(duì)起重機(jī)械的工作級(jí)別要求越來越高。 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 3811-2008 規(guī)定，應(yīng)計(jì)算構(gòu)件及連接的抗疲勞強(qiáng)度。對(duì)于結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度計(jì)算，常采用應(yīng)力比法和應(yīng)力幅法，本章僅介紹起重機(jī)械常用的應(yīng)力比法。6.1 6.1 循環(huán)作用的載荷和應(yīng)力 循環(huán)作用的載荷和應(yīng)力起重機(jī)的作業(yè)是循環(huán)往復(fù)的，其鋼

2、結(jié)構(gòu)或連接必然承受循環(huán)交變作用的載荷，在結(jié)構(gòu)或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力是變幅循環(huán)應(yīng)力，如圖 6-1 所示。起重機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，結(jié)構(gòu)或連接中某點(diǎn)的循環(huán)應(yīng)力也是變幅循環(huán)應(yīng)力。起重機(jī)工作過程中每個(gè)工作循環(huán)中應(yīng)力的變化都是隨機(jī)的，難以用實(shí)驗(yàn)的方法確定其構(gòu)件或連接的抗疲勞強(qiáng)度。然而，其結(jié)構(gòu)或連接在等應(yīng)力比的變幅循環(huán)或等幅應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞強(qiáng)度是可以用實(shí)驗(yàn)的方法確定的，對(duì)于起重機(jī)構(gòu)件或連接的疲勞強(qiáng)度可以用循環(huán)記數(shù)法計(jì)算出整個(gè)循環(huán)應(yīng)力中的各應(yīng)力循環(huán)參數(shù)

3、，將其轉(zhuǎn)化為等應(yīng)力比的變幅循環(huán)應(yīng)力或轉(zhuǎn)化為等平均應(yīng)力的等幅循環(huán)應(yīng)力。最后，采用累積損傷理論來計(jì)算構(gòu)件或連接的抗疲勞強(qiáng)度。6.1.1 6.1.1 循環(huán)應(yīng)力的特征參數(shù) 循環(huán)應(yīng)力的特征參數(shù)(1) (1) 最大應(yīng)力 最大應(yīng)力一個(gè)循環(huán)中峰值和谷值兩極值應(yīng)力中絕對(duì)值最大的應(yīng)力，用 表示。 max ?(2) (2) 最小應(yīng)力 最小應(yīng)力一個(gè)循環(huán)中峰值和谷值兩極值應(yīng)力中絕對(duì)值最小的應(yīng)力，用 表示。 min ?(3) (3) 整個(gè)工作循環(huán)中最大

4、應(yīng)力值 整個(gè)工作循環(huán)中最大應(yīng)力值構(gòu)件或連接整個(gè)工作循環(huán)中最大應(yīng)力的數(shù)值，用 表示。 max ? ?(4) (4) 應(yīng)力循環(huán)特性值 應(yīng)力循環(huán)特性值一個(gè)循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值，用 表示。 minmaxr ?? ?(5) (5) 循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力幅 循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力幅一個(gè)循環(huán)中最大的應(yīng)力與最小的應(yīng)力的差的絕對(duì)值，用 表示。 ? ?¦ Ò max¦ Ò min ¦ Ò minm

5、in ¦ Òm ¦ Ò¦ Òt¦ Ò max¦ Ò max1506.2 6.2 結(jié)構(gòu)及其連接的工作級(jí)別 結(jié)構(gòu)及其連接的工作級(jí)別結(jié)構(gòu)及其連接的工作級(jí)別是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的重要依據(jù)，也作為一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)提供給用戶。用戶可以按實(shí)際使用條件正確的選擇或預(yù)定機(jī)械產(chǎn)品。一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮使用條件，進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，在安全和壽命方面才有可能較為接近

6、實(shí)際的要求。結(jié)構(gòu)的工作級(jí)別與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)(名義應(yīng)力譜系數(shù))和使用等級(jí)(應(yīng)力循環(huán)次數(shù))有關(guān)。結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)和使用等級(jí)是依據(jù)起重機(jī)械的載荷狀態(tài)和工作循環(huán)次數(shù)確定的,結(jié)構(gòu)的工作級(jí)別與起重機(jī)械工作級(jí)別不一定相同，應(yīng)視具體情況而定。6.2.1 6.2.1 使用等級(jí) 使用等級(jí)結(jié)構(gòu)件的使用時(shí)間，用該結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)來表示。一個(gè)應(yīng)力循環(huán)是指應(yīng)力從通過應(yīng)力循環(huán)的平均值 時(shí)起至該應(yīng)力同方向再次通過應(yīng)力循環(huán)的平均值 時(shí)為止的 m ? m ?一個(gè)

7、連續(xù)過程。圖 6-1 表示的是應(yīng)力循環(huán)的時(shí)間應(yīng)力變化過程。結(jié)構(gòu)件總使用時(shí)間是指在其設(shè)計(jì)預(yù)期壽命期內(nèi)，即從開始使用起到該結(jié)構(gòu)件報(bào)廢為止的期間內(nèi)，該結(jié)構(gòu)件發(fā)生的總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。結(jié)構(gòu)中應(yīng)力變化的頻繁程度，以其在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)達(dá)到的總應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n 表征。結(jié)構(gòu)件的使用等級(jí)按完成的總工作循環(huán)次數(shù) n 的不同，分為 11 個(gè)使用等級(jí)，分別以代號(hào) B0，B1……B10 表示，見表 6-1。表 6-1 結(jié)構(gòu)件的使用等級(jí)代號(hào) 總應(yīng)力循環(huán)數(shù) n 代號(hào)

8、總應(yīng)力循環(huán)數(shù) nB0 n ? 1.6×104 B65×105 n ? ? 1×106B1 1.6×104 n ? ? 3.2×104 B7 1×106 n ? ? 2×106B2 3.2×104 n ? ? 6.3×104 B8 2×106 n ? ? 4×106B3 3.2×104 n ? ? 1.25×1

9、05 B9 4×106 n ? ? 8×106B4 1.25×105 n ? ? 2.5×105 B10 8×106 n ?B5 2.5×105 n ? ? 5×1056.2.2 6.2.2 應(yīng)力狀態(tài) 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)是用來表明結(jié)構(gòu)件中應(yīng)力或部分應(yīng)力達(dá)到最大的情況。當(dāng)結(jié)構(gòu)件中應(yīng)力或部分應(yīng)力達(dá)到最大的情況不明時(shí)，應(yīng)與用戶協(xié)商，根據(jù)用途按表 6-2 確定應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)