焊缝的疲劳强度

承受疲劳载荷焊缝连接的常规校核过程(基于材料的极限强度或支反力矩强度)不能充分保证连接设计安全,因此采用连接的疲劳强度来校核承受疲劳载荷焊缝。

1. 指定疲劳极限

第一步,通过计算,确定在恒定强度下,指定焊缝连接类型、设计、载荷和材料的疲劳极限 σ e τ e

2. 指定有限寿命的疲劳极限

按属于限时强度范围(N< 10 6 次循环)内的指定连接寿命计算有限寿命疲劳极限 σ f τ f 。然后使用有限寿命疲劳极限继续进行计算。

3. 计算特定疲劳载荷参数

给定较高和较低周期载荷的平均值通过以下公式计算得出。这适用于所有指定的载荷。

4. 行程影响

如果行程除了影响疲劳载荷之外还影响连接,则计算时必须包含其影响。该计算通过在公式中使用动态行程载荷系数来实现,从而确定最大计算载荷:

F max = F m + η F a or M max = M m + η M a

5. 计算焊缝连接的作用应力

平均周期应力 σ m τ m 以及上半周期应力 σ h τ h 是按照在静态计算中使用的公式,利用指定的平均周期载荷 F m 、M m 和计算的最大载荷 F max 、M max 进行计算的。这些应力用于根据此公式计算周期振幅:

σ a = σ h - σ m τ a = τ h - τ m

6. 指定连接的疲劳强度

利用计算的应力和已知的疲劳极限,可以根据选定的疲劳曲线轻松地确定连接的最终疲劳强度。从下面的图形中,可以明显地看出法向应力和剪切应力的疲劳强度的确定过程。

不同 σ a / σ m 比率的法向应力 Haigh 图(使用了修改的 Godman 疲劳曲线):

不同 τ a / τ m 比率的法向应力 Haigh 图(使用了修改的 Godman 疲劳曲线):

7. 连接校核

在最后一步中,程序会计算连接安全系数 n C = σ A / σ a ,并将其与要求的安全度进行比较。为了方便焊接,必须满足条件 n f n C