鋼結(jié)構(gòu)的材料ppt課件

1、大綱要求大綱要求: : 1. 1.了解鋼構(gòu)造的兩種破壞方式；了解鋼構(gòu)造的兩種破壞方式； 2. 2.掌握構(gòu)造用鋼材的主要性能及其機(jī)械性能目掌握構(gòu)造用鋼材的主要性能及其機(jī)械性能目的；的；3.3.了解響鋼材性能的主要要素特別是導(dǎo)致鋼材了解響鋼材性能的主要要素特別是導(dǎo)致鋼材變脆的主要要素；變脆的主要要素；4. 4.掌握構(gòu)造用鋼材的種類(lèi)、牌號(hào)、規(guī)格；掌握構(gòu)造用鋼材的種類(lèi)、牌號(hào)、規(guī)格；5.了解鋼材選擇的根據(jù)，做到正確選擇鋼材；了解鋼材選擇的根據(jù)，做到正確選擇鋼材；6. 6.了解鋼材疲勞的概念和疲勞計(jì)算方法。了解鋼材疲勞的概念和疲勞計(jì)算方法。1.1.較高的抗拉強(qiáng)度較高的抗拉強(qiáng)度f(wàn)ufu和屈服點(diǎn)和屈服點(diǎn)fyf

2、y；2.2.較好的塑性、韌性；較好的塑性、韌性；3.3.良好的工藝性能冷、熱加工，可焊性；良好的工藝性能冷、熱加工，可焊性；4.4.對(duì)環(huán)境的良好順應(yīng)性。對(duì)環(huán)境的良好順應(yīng)性。2.1 2.1 鋼構(gòu)造對(duì)資料的要求鋼構(gòu)造對(duì)資料的要求一、塑性破壞一、塑性破壞 破壞前有明顯的塑性變形，破壞過(guò)程長(zhǎng)，破壞前有明顯的塑性變形，破壞過(guò)程長(zhǎng)，斷口發(fā)暗，可以采取補(bǔ)救措施。斷口發(fā)暗，可以采取補(bǔ)救措施。 二、脆性破壞二、脆性破壞 壞前沒(méi)有明顯的變形和征兆，破壞時(shí)的變形壞前沒(méi)有明顯的變形和征兆，破壞時(shí)的變形遠(yuǎn)比資料應(yīng)有的變形才干小，破壞忽然，斷口遠(yuǎn)比資料應(yīng)有的變形才干小，破壞忽然，斷口平直、發(fā)亮呈晶粒狀，無(wú)時(shí)機(jī)補(bǔ)救。平直、

3、發(fā)亮呈晶粒狀，無(wú)時(shí)機(jī)補(bǔ)救。2.2 鋼材的破壞方式鋼材的破壞方式一、受拉、受壓、受彎及受剪時(shí)的性能一、受拉、受壓、受彎及受剪時(shí)的性能一一次拉伸時(shí)的性能一一次拉伸時(shí)的性能 1.條件：規(guī)范試件條件：規(guī)范試件GB22863，常溫，常溫20 下緩慢加載，一次完成。含碳量為下緩慢加載，一次完成。含碳量為0.1%0.3%。 規(guī)范試件：規(guī)范試件：lo/d=5、10；lo-標(biāo)距；標(biāo)距； d -直徑直徑2.3 2.3 鋼材的主要性能鋼材的主要性能L od d2.2.階段劃分階段劃分A.A.有屈服點(diǎn)鋼材有屈服點(diǎn)鋼材-曲線可以分為五個(gè)階段：曲線可以分為五個(gè)階段： (1) (1)彈性階段彈性階段(OB(OB段段) )O

4、AOA段資料處于純彈性，段資料處于純彈性，即即: :EABAB段有一定的段有一定的塑性變形塑性變形, , 但但整個(gè)整個(gè)OBOB段卸載段卸載時(shí)，時(shí)，=0=0；E=206E=206103N/mm2103N/mm2uOAEBCDAEy2 2彈塑性階段彈塑性階段BC)BC) 該段很短該段很短, ,表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質(zhì)表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質(zhì); ; B B屈服上限屈服上限; C; C屈服下限屈服下限( (屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)) )3 3塑性階段塑性階段CD)CD) 該段該段根本根本 堅(jiān)持不變水堅(jiān)持不變水 平平), ), 急劇急劇 增大增大, ,稱(chēng)為屈稱(chēng)為屈 服臺(tái)階或流服臺(tái)階或流 幅段幅段, ,變形模變形模 量量

5、 E = 0 E = 0uOAEBCDAEy4 4強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段(DE(DE段段) )極限抗拉強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度f(wàn)ufu5 5頸縮階段頸縮階段(EF(EF段段) )隨荷載的添加隨荷載的添加緩慢增大緩慢增大, ,但但添加較快添加較快uOAEBCDAEyB.B.對(duì)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材對(duì)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材 該種鋼材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服階段，塑性變?cè)摲N鋼材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服階段，塑性變 形小，破壞忽然。形小，破壞忽然。 設(shè)計(jì)時(shí)取相當(dāng)于設(shè)計(jì)時(shí)取相當(dāng)于 剩余變形為剩余變形為0.2%0.2% 時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 作為屈服點(diǎn)作為屈服點(diǎn)條條 件屈服點(diǎn)件屈服點(diǎn)fy=f0.20.2%fup3.3.應(yīng)力應(yīng)變

6、曲線的簡(jiǎn)化應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化1)fy1)fy與與fbfb相差很??；相差很小；2)2)超越超越 fy fy到屈服臺(tái)階到屈服臺(tái)階終止的變形約為終止的變形約為2.5%-2.5%-3%-3%，足以滿足思索構(gòu)，足以滿足思索構(gòu)造的塑性變形開(kāi)展的造的塑性變形開(kāi)展的要求。要求。 1 1鋼材可以簡(jiǎn)化為理想彈塑性體鋼材可以簡(jiǎn)化為理想彈塑性體2.5%-3%fy 00.15% 2鋼材在靜載作用下： 強(qiáng)度計(jì)算以fy為根據(jù);fu為構(gòu)造的平安貯藏。3 3斷裂時(shí)變形約為彈性變形的斷裂時(shí)變形約為彈性變形的200200倍，在破壞前倍，在破壞前 產(chǎn)生明顯可見(jiàn)的塑性產(chǎn)生明顯可見(jiàn)的塑性 變形，變形， 可及時(shí)補(bǔ)救，可及時(shí)補(bǔ)救， 故幾乎不

7、能夠發(fā)生。故幾乎不能夠發(fā)生。O0.15%22%fufyfu-fu-fyfy4.4.單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能目的單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能目的 1 1屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)fy-fy-應(yīng)力應(yīng)變曲線開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是衡量鋼材的承載才干和確定鋼材對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是衡量鋼材的承載才干和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要目的。強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要目的。2 2抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度f(wàn)u-fu-應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材最大的抗拉強(qiáng)度。應(yīng)力，它是鋼材最大的抗拉強(qiáng)度。LodNNNLdN3 3伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率)12(%10000 lll )22(%100010 AAA

8、 4 4斷面收縮率斷面收縮率它是衡量鋼材塑性應(yīng)變才干的重要目的。它是衡量鋼材塑性應(yīng)變才干的重要目的。當(dāng)當(dāng)l0/d=5l0/d=5時(shí)，用時(shí)，用55表示，當(dāng)表示，當(dāng)l0/d=10l0/d=10時(shí)，用時(shí)，用1010表示。表示。A0A1同單向拉伸時(shí)的性能，屈服點(diǎn)也相差不多。同單向拉伸時(shí)的性能，屈服點(diǎn)也相差不多。二受壓時(shí)的性能 采用短試件采用短試件l0/d=3, l0/d=3, 屈服點(diǎn)同單向拉伸時(shí)的屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)同單向拉伸時(shí)的屈服點(diǎn)。三受彎時(shí)的性能四受剪時(shí)的性能231079)32(3mmNGffyvy 抗剪強(qiáng)度可由折算應(yīng)力計(jì)算公式得到：抗剪強(qiáng)度可由折算應(yīng)力計(jì)算公式得到：二、冷彎性能二、冷彎性能 衡量鋼材

9、塑衡量鋼材塑性性能和質(zhì)性性能和質(zhì)量?jī)?yōu)劣的綜量?jī)?yōu)劣的綜合目的。合目的。add+2.1a三、沖擊韌性三、沖擊韌性 衡量鋼材在動(dòng)力沖擊荷載、復(fù)衡量鋼材在動(dòng)力沖擊荷載、復(fù)雜應(yīng)力作用下抗脆性破壞才干的目的，雜應(yīng)力作用下抗脆性破壞才干的目的，用斷裂時(shí)吸收的總能量彈性和非彈性用斷裂時(shí)吸收的總能量彈性和非彈性能來(lái)表示。能來(lái)表示。(a)(a)梅氏梅氏U U型缺口型缺口 (b) (b)夏比夏比V V型缺口型缺口 由試件斷裂吸收的能量由試件斷裂吸收的能量CvCv來(lái)衡鋼材的沖擊韌性，來(lái)衡鋼材的沖擊韌性， 單位：?jiǎn)挝唬篔 J。CvCv受溫度的影響受溫度的影響沖擊韌性實(shí)驗(yàn)安裝沖擊韌性實(shí)驗(yàn)安裝鋼材的機(jī)械性能目的鋼材的機(jī)械性

10、能目的1 1、屈服點(diǎn)、屈服點(diǎn)fyfy；2 2、伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)率；3 3、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度f(wàn)ufu；4 4、冷彎實(shí)驗(yàn)；、冷彎實(shí)驗(yàn)；5 5、沖擊韌性、沖擊韌性CvCv ( (包括常溫沖擊韌性、包括常溫沖擊韌性、 0 0度時(shí)沖擊韌性度時(shí)沖擊韌性 負(fù)溫沖擊韌性。負(fù)溫沖擊韌性。小小 結(jié)結(jié) 一、化學(xué)成分一、化學(xué)成分 普通碳素鋼中普通碳素鋼中Fe占占99%，其他雜質(zhì)元素占，其他雜質(zhì)元素占1%； 普通低合金鋼中合金元素普通低合金鋼中合金元素5%。 1. 碳碳C：鋼材強(qiáng)度的主要來(lái)源，隨其含量添加，強(qiáng)：鋼材強(qiáng)度的主要來(lái)源，隨其含量添加，強(qiáng)度添加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。度添加，塑性降低，可焊性降低，抗

11、腐蝕性降低。 普普通控制在通控制在0.22%以下，以下， 在在0.2以下時(shí)，可焊性良好。以下時(shí)，可焊性良好。 2.4 2.4 各種要素對(duì)鋼材性能的影響各種要素對(duì)鋼材性能的影響 2.硫S：有害元素，熱脆性。不得超越0.05%。 3.磷P：有害元素，冷脆性?？垢g才干略有提高，可焊性降低。不得超越0.045%。 4.錳Mn：合金元素。弱脫氧劑。與S構(gòu)成MnS，熔點(diǎn)1600，可以消除一部分S的有害作用。 5.硅Si：合金元素。強(qiáng)脫氧劑。 6.釩V：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接構(gòu)造。7.7.氧氧O O：有害雜質(zhì)，與：有害雜質(zhì)，與S S類(lèi)似。類(lèi)似。8.8.氮

12、氮N N：有害雜質(zhì)，與：有害雜質(zhì)，與P P類(lèi)似。類(lèi)似。9.9.銅銅CuCu：提高抗銹蝕性，提高強(qiáng)度，對(duì)可焊性有：提高抗銹蝕性，提高強(qiáng)度，對(duì)可焊性有影響。影響。二冶金缺陷二冶金缺陷常見(jiàn)的冶金缺陷有：常見(jiàn)的冶金缺陷有：偏析：化學(xué)成分分布的不均勻程度；偏析：化學(xué)成分分布的不均勻程度；非金屬夾雜；非金屬夾雜；氣孔；氣孔；裂紋等。裂紋等。三、鋼材的硬化三、鋼材的硬化 冷作硬化冷作硬化當(dāng)荷載超越資料比例極限卸載后，出現(xiàn)當(dāng)荷載超越資料比例極限卸載后，出現(xiàn)剩余變形，再次加載那么比例極限或屈服點(diǎn)提高剩余變形，再次加載那么比例極限或屈服點(diǎn)提高的景象，也稱(chēng)的景象，也稱(chēng)“應(yīng)變硬化。應(yīng)變硬化。 時(shí)效硬化時(shí)效硬化隨時(shí)間的

13、增長(zhǎng)，碳和氮的化合物從晶體隨時(shí)間的增長(zhǎng)，碳和氮的化合物從晶體中析出，使資料硬化的景象。中析出，使資料硬化的景象。 四、溫度影響四、溫度影響 1 1正溫范圍正溫范圍 200200以內(nèi)對(duì)以內(nèi)對(duì)鋼材性能無(wú)大鋼材性能無(wú)大影響，該范圍影響，該范圍內(nèi)隨溫度升高內(nèi)隨溫度升高總的趨勢(shì)是強(qiáng)總的趨勢(shì)是強(qiáng)度、彈性模量度、彈性模量降低，塑性增降低，塑性增大。大。8006004002000N/mm2Efufy200400600溫度對(duì)鋼材機(jī)械性能的影響溫度對(duì)鋼材機(jī)械性能的影響20406080%220210200190180170160Ex103Ex103T(0C) 250 250左右抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性降低，左右抗拉強(qiáng)

14、度略有提高，塑性降低，脆性添加脆性添加蘭脆景象，該溫度區(qū)段稱(chēng)為蘭脆景象，該溫度區(qū)段稱(chēng)為“蘭脆蘭脆區(qū)。區(qū)。 260 260320320產(chǎn)生徐變景象。產(chǎn)生徐變景象。 600 600左右彈性模量趨于零左右彈性模量趨于零 ，承載才干幾，承載才干幾乎完全喪失。乎完全喪失。 當(dāng)溫度低于常當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，鋼材的脆性溫時(shí)，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而傾向隨溫度降低而添加，資料強(qiáng)度略添加，資料強(qiáng)度略有提高，但其塑性有提高，但其塑性和韌性降低，該景和韌性降低，該景象稱(chēng)為低溫冷脆。象稱(chēng)為低溫冷脆。2 2負(fù)溫范圍負(fù)溫范圍脆性破壞脆性破壞轉(zhuǎn)變過(guò)渡區(qū)段轉(zhuǎn)變過(guò)渡區(qū)段塑性破壞塑性破壞反彎點(diǎn)反彎點(diǎn)實(shí)驗(yàn)溫度實(shí)驗(yàn)溫度T0CT0C沖

15、擊斷裂功沖擊斷裂功CvCvT1T2T0沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線五、應(yīng)力集中五、應(yīng)力集中1.1.應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中的概念 構(gòu)件外表不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時(shí)，構(gòu)件外表不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時(shí)，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，缺陷處有頂峰應(yīng)應(yīng)力不均勻，力線變曲折，缺陷處有頂峰應(yīng)力力應(yīng)力集中。應(yīng)力集中。2.2.應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響3.3.減小應(yīng)力集中景象的措施減小應(yīng)力集中景象的措施 1:2.5 由于鋼材具有良好的塑性性能，當(dāng)接受靜力荷載且在常溫下任務(wù)時(shí)，只需符合規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)要求，可以不思索應(yīng)力集中的影響。六、反復(fù)荷載作用疲勞問(wèn)題六、反復(fù)荷載作用疲勞問(wèn)題七、

16、板厚、直徑的影響七、板厚、直徑的影響八、焊接剩余應(yīng)力八、焊接剩余應(yīng)力資料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度目的用變形時(shí)單位體資料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度目的用變形時(shí)單位體積中積聚的能量來(lái)表達(dá)；積中積聚的能量來(lái)表達(dá)；補(bǔ)充補(bǔ)充 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件假定：假定：當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力形狀下變形能等于單軸受力時(shí)的變形當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力形狀下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。能時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。oxzyyzyxxyxzzyzxZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力單元體受復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)力分量應(yīng)力分量112233單元體受主應(yīng)力單元體受主應(yīng)力 )52()()()(21213232221 yredf )

17、 42 ()(3)(222222 yzxyzxyxzzyyxzyxredf 1.1.以應(yīng)力分量表示以應(yīng)力分量表示2.2.以主應(yīng)力表示以主應(yīng)力表示fyred 資料處于彈性形狀資料處于彈性形狀fyred 資料處于塑性形狀資料處于塑性形狀討論：討論：1 1三向受壓時(shí)三向受壓時(shí)( (靜水壓力靜水壓力) ) 不破壞不破壞; ;2 2三向受拉時(shí)三向受拉時(shí) 一定破壞一定破壞; ; 由于三向受拉限制了資料的塑性開(kāi)展，資料要發(fā)由于三向受拉限制了資料的塑性開(kāi)展，資料要發(fā) 生脆性破壞。生脆性破壞。 能量實(shí)際所得的公式只適用于塑性資料，因此形能量實(shí)際所得的公式只適用于塑性資料，因此形式上的不破壞與實(shí)踐的脆性破壞是不矛

18、盾的，式上的不破壞與實(shí)踐的脆性破壞是不矛盾的， 只是實(shí)只是實(shí)踐的脆性破壞不再符合能量實(shí)際的根本假定。踐的脆性破壞不再符合能量實(shí)際的根本假定。圖示簡(jiǎn)支梁圖示簡(jiǎn)支梁1-11-1截面腹板與翼緣交界截面腹板與翼緣交界A A點(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力1-1xyA對(duì)于薄板，厚度方向的應(yīng)力很小，為平面受力形狀。對(duì)于薄板，厚度方向的應(yīng)力很小，為平面受力形狀。) 62(3222 yxyyxyxredf PPMM11AXVY普通的梁，只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，那么：普通的梁，只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，那么：2-2xA)72(322 yxyxredf VM22AYXq 3-3APMVP33YXM3-3 3-3 截面僅有剪力，彎矩、部

19、分壓力均為零，故該截面僅有剪力，彎矩、部分壓力均為零，故該截面除剪應(yīng)力外，正應(yīng)力均為零，即為純剪形狀。截面除剪應(yīng)力外，正應(yīng)力均為零，即為純剪形狀。)82(58. 03 vyyyfff yredf 3一、概念一、概念1、循環(huán)荷載、循環(huán)荷載構(gòu)造或構(gòu)件接受的隨時(shí)間變化的荷載。構(gòu)造或構(gòu)件接受的隨時(shí)間變化的荷載。PP11A1-1A2.5 2.5 鋼材的疲勞鋼材的疲勞1 1應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)2 2應(yīng)力循環(huán)特征應(yīng)力循環(huán)特征應(yīng)力比應(yīng)力比)92(maxmin )102(1 -構(gòu)件截面應(yīng)力隨時(shí)間的變化。構(gòu)件截面應(yīng)力隨時(shí)間的變化。3 3應(yīng)力幅應(yīng)力幅)112(minmax 在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小反復(fù)一次為一

20、次在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小反復(fù)一次為一次循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差為應(yīng)力幅循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差為應(yīng)力幅: :為常量為常量 常幅循環(huán)：常幅循環(huán)：為變量為變量 變幅循環(huán)：變幅循環(huán)： +-t t(b)(b)脈沖循環(huán)脈沖循環(huán)(a)(a)完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)(c)(c)不完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)不完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)(d)(d)不完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)不完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)2.2.鋼材的疲勞鋼材的疲勞 在循環(huán)荷載延續(xù)反復(fù)荷載作用下，經(jīng)過(guò)有限次循環(huán)，鋼材發(fā)生破壞的景象往往應(yīng)力低于設(shè)計(jì)值，稱(chēng)之為疲勞。3.3.疲勞破壞的機(jī)理疲勞破壞的機(jī)理 疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。缺陷微觀裂紋宏觀裂紋。4.4.疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征

21、屬于脆性破壞，截面平均應(yīng)力小于屈服點(diǎn)。屬于脆性破壞，截面平均應(yīng)力小于屈服點(diǎn)。5.5.影響鋼材疲勞的主要要素影響鋼材疲勞的主要要素1 1構(gòu)件和銜接的分類(lèi)構(gòu)件和銜接的分類(lèi) 切切割割，軋軋制制邊邊）殘殘余余應(yīng)應(yīng)力力（焊焊接接，火火焰焰應(yīng)應(yīng)力力集集中中構(gòu)構(gòu)造造缺缺陷陷材材料料內(nèi)內(nèi)部部缺缺陷陷缺缺陷陷 規(guī)范將構(gòu)件和銜接的種類(lèi)分為 8類(lèi)，第1類(lèi)為軋制的型鋼剩余應(yīng)力小疲勞強(qiáng)度最高；第8類(lèi)為角焊縫應(yīng)力集中最嚴(yán)重疲勞強(qiáng)度最低。 詳見(jiàn)鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范“疲勞計(jì)算的構(gòu)件和銜接分類(lèi)附錄E。ffyy maxminmax焊縫附近主體金焊縫附近主體金屬的應(yīng)力由：屬的應(yīng)力由：實(shí)踐應(yīng)力循環(huán)均構(gòu)成在拉應(yīng)力范圍實(shí)踐應(yīng)力循環(huán)均構(gòu)成在拉應(yīng)

22、力范圍min yf2 2應(yīng)力幅應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)特征應(yīng)力比和應(yīng)力循環(huán)特征應(yīng)力比A. 對(duì)于焊接構(gòu)造：對(duì)于焊接構(gòu)造：fyfyfyfyfyfy 應(yīng)力幅對(duì)焊接構(gòu)造的疲勞強(qiáng)度有很大影響，而與名義最大應(yīng)力max和應(yīng)力比無(wú)關(guān)。B. 對(duì)于非焊接構(gòu)造和軋制鋼材對(duì)于非焊接構(gòu)造和軋制鋼材 在循環(huán)次數(shù)在循環(huán)次數(shù)N N一定的情況下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料可以繪出一定的情況下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料可以繪出N N次次循環(huán)的疲勞圖循環(huán)的疲勞圖(max(max和和minmin關(guān)系曲線關(guān)系曲線) )。 當(dāng)當(dāng)=0=0和和=-1=-1時(shí)的疲勞強(qiáng)度分別為時(shí)的疲勞強(qiáng)度分別為0 0 和和-1-1，銜接，銜接BCBC并延伸至并延伸至A A、D D。疲疲勞勞破破

23、壞壞。次次時(shí)時(shí)，將將發(fā)發(fā)生生環(huán)環(huán)達(dá)達(dá)到到則則這這組組應(yīng)應(yīng)力力循循或或上上方方，上上的的點(diǎn)點(diǎn)落落在在直直線線當(dāng)當(dāng)坐坐標(biāo)標(biāo)為為NABCD),(minmax 拉）拉）(max （壓壓）min 1 1 非焊接構(gòu)造的疲勞圖非焊接構(gòu)造的疲勞圖0 （拉）（拉）min fyDA),(11 B),(ooC 由上述推導(dǎo)可知，對(duì)于非焊接構(gòu)造和軋制鋼材，疲勞強(qiáng)度與最大應(yīng)力、應(yīng)力比、循環(huán)次數(shù)和缺口效應(yīng)構(gòu)造類(lèi)型的應(yīng)力集中情況有關(guān)。)122(minmax ok ABCDABCD直線方程為：直線方程為：)132()1 (max ok maxmin11, ok式式中中：拉）拉）(max （壓壓）min fy1 1 DA非焊接構(gòu)

24、造的疲勞圖非焊接構(gòu)造的疲勞圖0 ),(11 B),(ooC （拉）（拉）min 3 3應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N疲勞壽命疲勞壽命應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N5N5104104，不需求進(jìn)展疲勞計(jì)算。，不需求進(jìn)展疲勞計(jì)算。 應(yīng)力幅越低，作用循環(huán)次數(shù)越多，應(yīng)力幅越低，作用循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高；疲勞壽命越高； 應(yīng)力幅一樣，作用的循環(huán)次數(shù)越應(yīng)力幅一樣，作用的循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高。多，疲勞壽命越高。0 NX105 1N1 2N2 bfyfy123456 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及上述分析可知鋼材的疲勞強(qiáng)度由實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及上述分析可知鋼材的疲勞強(qiáng)度主要與構(gòu)件和銜接分類(lèi)內(nèi)部缺陷、應(yīng)力集中、剩余主要與構(gòu)件和

25、銜接分類(lèi)內(nèi)部缺陷、應(yīng)力集中、剩余應(yīng)力、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力幅有關(guān)。應(yīng)力、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力幅有關(guān)。 焊接部位的疲勞強(qiáng)度與鋼材的靜力強(qiáng)度焊接部位的疲勞強(qiáng)度與鋼材的靜力強(qiáng)度( (屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)fy)fy)根本無(wú)關(guān)。根本無(wú)關(guān)。 對(duì)于只需壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開(kāi)展，那么不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，不用進(jìn)展疲勞計(jì)算。二、疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、疲勞強(qiáng)度計(jì)算一常幅疲勞一常幅疲勞 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以繪出構(gòu)件或銜接的應(yīng)力幅與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸的-N曲線為平均曲線(圖a)，取對(duì)數(shù)坐標(biāo)(圖b)。1.1.允許應(yīng)力幅允許應(yīng)力幅 由于現(xiàn)階段對(duì)鋼材發(fā)生疲勞破壞尚處于進(jìn)一步研討階段，按概率極限形狀計(jì)

26、算疲勞強(qiáng)度還不成熟，故采用允許應(yīng)力幅的計(jì)算方法。-N-N曲線曲線(a)0N)142()lg(lg1 bN )152(10:11 CNb 即即式中：式中：-直線對(duì)縱坐標(biāo)的斜率；直線對(duì)縱坐標(biāo)的斜率； b1- b1-直線在橫軸坐標(biāo)上的截距；直線在橫軸坐標(biāo)上的截距； N- N-循環(huán)次數(shù)。循環(huán)次數(shù)。(b)0NlgN=5104N=5X106 lg.b1b1 思索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性，取平均值減去思索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性，取平均值減去2倍倍lgN的規(guī)范差的規(guī)范差 s 作為疲勞強(qiáng)度下限，當(dāng)作為疲勞強(qiáng)度下限，當(dāng)lg為正態(tài)分布時(shí)，保證率為為正態(tài)分布時(shí)，保證率為97.7%。下限值的直線方程為：。下限值的直線方程為：)lg(

27、2)lg(lg21 bsbN此時(shí)的此時(shí)的即為允許應(yīng)力幅：即為允許應(yīng)力幅：)172(1 NC式中：系數(shù)式中：系數(shù)、c-c-根據(jù)鋼構(gòu)造根據(jù)鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)范“疲勞計(jì)算的構(gòu)件和銜疲勞計(jì)算的構(gòu)件和銜接分類(lèi)查表得到。接分類(lèi)查表得到。2S2S 2S2S(b)0NlgN=5104N=5X106 lg.b1b1 )162(10:2 CNb 即即2.2.疲勞強(qiáng)度計(jì)算疲勞強(qiáng)度計(jì)算)182( 式中：式中：-計(jì)算部位的應(yīng)力幅；計(jì)算部位的應(yīng)力幅； 對(duì)于焊接部位對(duì)于焊接部位: =max-min: =max-min； 對(duì)于其他部位：對(duì)于其他部位：=max-0.7min(=max-0.7min(計(jì)算應(yīng)力幅。計(jì)算應(yīng)力幅。

28、max max、min-min-計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力和力和 最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力取負(fù)值。最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力取負(fù)值。闡明：闡明： 1 1計(jì)算時(shí)用荷載的規(guī)范值；計(jì)算時(shí)用荷載的規(guī)范值； 2 2由于來(lái)源于實(shí)驗(yàn)，已思索動(dòng)力效應(yīng)，計(jì)算由于來(lái)源于實(shí)驗(yàn)，已思索動(dòng)力效應(yīng)，計(jì)算 時(shí)不再思索動(dòng)力系數(shù)；時(shí)不再思索動(dòng)力系數(shù)；二變幅疲勞和吊車(chē)欠載效應(yīng)系數(shù)二變幅疲勞和吊車(chē)欠載效應(yīng)系數(shù)maxmin0t)192(6102 nf 欠載效應(yīng)系數(shù)。重級(jí)任務(wù)制硬鉤吊車(chē)欠載效應(yīng)系數(shù)。重級(jí)任務(wù)制硬鉤吊車(chē)1.01.0；重；重級(jí)任務(wù)制軟鉤吊車(chē)級(jí)任務(wù)制軟鉤吊車(chē)0.80.8；中級(jí)任務(wù)制吊車(chē)；中級(jí)任務(wù)制吊

29、車(chē)0.50.5。 f -循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù) N=2X106 N=2X106 的允許應(yīng)力幅。的允許應(yīng)力幅。6102 n 式中：式中：對(duì)于吊車(chē)梁，按下式計(jì)算其疲勞強(qiáng)度：對(duì)于吊車(chē)梁，按下式計(jì)算其疲勞強(qiáng)度： 1、不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不計(jì)算疲勞。但對(duì)出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，例如max=140N/mm2,min=-10N/mm2和max=10N/mm2,min=-140N/mm2 兩種應(yīng)力循環(huán)的應(yīng)力幅都是150N/mm2 ，疲勞強(qiáng)度一樣，顯然不合理。 2、螺栓受拉時(shí)螺紋處的應(yīng)力集中很大，疲勞強(qiáng)度很低，常有疲勞破壞的實(shí)例，但規(guī)范沒(méi)有規(guī)定，應(yīng)予補(bǔ)充。思索思索:一、鋼的種類(lèi)一、鋼的種類(lèi) 1、碳素構(gòu)造鋼、碳素構(gòu)造鋼GB/

30、T 700-88-低碳鋼牌號(hào)低碳鋼牌號(hào) Q235-質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)A、B、C、D 澆注方法澆注方法F、Z、Tz A-保證保證fu、fy、，P、S含量含量 B-保證保證fu,fy,冷彎，常溫時(shí)冷彎，常溫時(shí)Cv，P，S，C含量；含量； C-保證保證 fu,fy,冷彎冷彎,0oC時(shí)時(shí)Cv，P，S，C含量含量; D-保證保證fu,fy,冷彎冷彎,-20oC時(shí)時(shí)Cv，P，S，C含量含量;2.7 2.7 鋼材的種類(lèi)和規(guī)格鋼材的種類(lèi)和規(guī)格2.2.低合金鋼低合金鋼(GB/T 1591-94)(GB/T 1591-94)GB/T 1591-94GB/T 1591-94Q295Q390Q345Q420相應(yīng)的鋼材種

31、類(lèi)相應(yīng)的鋼材種類(lèi)GB/T 1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、18Nb15MnV、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTi 低合金鋼的質(zhì)量等級(jí)分低合金鋼的質(zhì)量等級(jí)分A A、B B、C C、D D、E E，其中，其中E E主要是要求主要是要求-400 C -400 C 的沖擊韌性。的沖擊韌性。二、鋼材的選擇二、鋼材的選擇一選擇鋼材的原那么一選擇鋼材的原那么1 1構(gòu)造或構(gòu)件的重要性；構(gòu)造或構(gòu)件的重要性；2 2荷載情況靜力荷載，動(dòng)力荷載；荷載情況靜力荷載，動(dòng)力荷載； 靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的

32、Q235Q235鋼鋼材。材。 動(dòng)力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好鋼材。動(dòng)力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好鋼材。3 3銜接方法焊接銜接、螺栓銜接；銜接方法焊接銜接、螺栓銜接； 焊接構(gòu)造對(duì)材質(zhì)的要求嚴(yán)厲，應(yīng)嚴(yán)厲控制焊接構(gòu)造對(duì)材質(zhì)的要求嚴(yán)厲，應(yīng)嚴(yán)厲控制C C、S S、P P的極限含量；非焊接構(gòu)造對(duì)的極限含量；非焊接構(gòu)造對(duì)C C的無(wú)硬性規(guī)定。的無(wú)硬性規(guī)定。4 4構(gòu)造所處的任務(wù)條件環(huán)境溫度，腐蝕等；構(gòu)造所處的任務(wù)條件環(huán)境溫度，腐蝕等； 低溫下任務(wù)的構(gòu)造應(yīng)選擇低溫脆斷性能好的鎮(zhèn)定鋼低溫下任務(wù)的構(gòu)造應(yīng)選擇低溫脆斷性能好的鎮(zhèn)定鋼鋼材的厚度。鋼材的厚度。 厚度大的焊接構(gòu)造應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材。厚度大的焊接構(gòu)造應(yīng)采用

33、材質(zhì)較好的鋼材。二鋼材選擇建議二鋼材選擇建議1 1、承重構(gòu)造的鋼材宜采用、承重構(gòu)造的鋼材宜采用Q235Q235鋼、鋼、Q345Q345鋼、鋼、Q390Q390鋼鋼和和Q420Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合國(guó)家規(guī)范鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合國(guó)家規(guī)范 GB/T700GB/T700和和 GB/T1591GB/T1591的規(guī)定。的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí)，尚符合相應(yīng)有關(guān)規(guī)范的當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí)，尚符合相應(yīng)有關(guān)規(guī)范的規(guī)定和要求。規(guī)定和要求。 2 2、承重構(gòu)造的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服、承重構(gòu)造的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接構(gòu)造尚具有含強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保

34、證，對(duì)焊接構(gòu)造尚具有含碳量的合格保證。碳量的合格保證。 3 3、對(duì)于需求驗(yàn)算疲勞的焊接構(gòu)造，應(yīng)具有常溫沖擊、對(duì)于需求驗(yàn)算疲勞的焊接構(gòu)造，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證；當(dāng)構(gòu)造任務(wù)溫度等于或低于韌性的合格保證；當(dāng)構(gòu)造任務(wù)溫度等于或低于00但但高于高于2020時(shí)，時(shí)，Q235Q235鋼和鋼和Q345Q345鋼應(yīng)具有鋼應(yīng)具有00沖擊韌性沖擊韌性合格的保證；合格的保證； 對(duì)于對(duì)于Q390Q390鋼和鋼和Q420Q420鋼應(yīng)具有鋼應(yīng)具有2020沖沖擊韌性的合格保證。擊韌性的合格保證。 當(dāng)構(gòu)造任務(wù)溫度等于或低于當(dāng)構(gòu)造任務(wù)溫度等于或低于2020時(shí)，對(duì)時(shí)，對(duì)Q235Q235鋼和鋼和Q345Q345鋼應(yīng)具有鋼應(yīng)具

35、有2020沖擊韌性的沖擊韌性的合格保證；合格保證； 對(duì)對(duì)Q390Q390和和Q420Q420鋼應(yīng)具有鋼應(yīng)具有4040沖擊韌性沖擊韌性的合格保證。的合格保證。 4、對(duì)于需求驗(yàn)算疲勞的非焊接構(gòu)造的鋼材亦應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證，當(dāng)構(gòu)造任務(wù)溫度等于或低于20時(shí)，對(duì)Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌性合格的保證；對(duì)Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有20沖擊韌性的合格保證。5 5、重要的受拉或受彎的焊接構(gòu)件中，厚度大于等于、重要的受拉或受彎的焊接構(gòu)件中，厚度大于等于16mm16mm的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性合格的保證。的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性合格的保證。 6 6、當(dāng)焊接構(gòu)造為防止鋼材的層狀撕裂而采用、當(dāng)焊接構(gòu)造為防止鋼材的層狀撕裂而采