1、1第第 3 章章 焊接接頭和結(jié)構(gòu)的焊接接頭和結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度2本章主要內(nèi)容和重點(diǎn)：本章主要內(nèi)容和重點(diǎn)： 3.1 焊接結(jié)構(gòu)的疲勞焊接結(jié)構(gòu)的疲勞 3.1.1 疲勞斷裂事例疲勞斷裂事例 3.1.2 焊接結(jié)構(gòu)常見的疲勞類型焊接結(jié)構(gòu)常見的疲勞類型3.2 疲勞斷裂的過程和斷口特征疲勞斷裂的過程和斷口特征 3.3 疲勞載荷及表示法疲勞載荷及表示法 3.4 斷裂力學(xué)在疲勞裂紋擴(kuò)展研究斷裂力學(xué)在疲勞裂紋擴(kuò)展研究中的應(yīng)用中的應(yīng)用3.6 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素 3.6.1 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 3.6.2 近縫區(qū)金屬性能變化的影近縫區(qū)金屬性能變化的影響響 3.6.3 剩余

2、應(yīng)力的影響剩余應(yīng)力的影響 3.6.4 其他因素的影響其他因素的影響3.7 提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施 3第第3章章 焊接接頭和結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度焊接接頭和結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度3.1 焊接結(jié)構(gòu)的疲勞焊接結(jié)構(gòu)的疲勞疲勞斷裂疲勞斷裂是金屬結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式。是金屬結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式。l 工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)失效約失效約80以上是由疲勞引起的；以上是由疲勞引起的；l 在在某些工業(yè)部門某些工業(yè)部門，疲勞斷裂可占斷裂事件的，疲勞斷裂可占斷裂事件的8090；l 對(duì)于承受對(duì)于承受循環(huán)載荷循環(huán)載荷的焊接構(gòu)件有的焊接構(gòu)件有90以上的失效應(yīng)歸咎于疲以上的失效應(yīng)歸咎于疲勞破壞。勞破壞。 在我國，疲

3、勞失效也相當(dāng)普遍，在在我國，疲勞失效也相當(dāng)普遍，在能源、交通能源、交通等部門都等部門都很嚴(yán)重。而且隨著很嚴(yán)重。而且隨著新材料、新工藝新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)，將會(huì)提出許的不斷出現(xiàn)，將會(huì)提出許多疲勞強(qiáng)度的多疲勞強(qiáng)度的新問題新問題需要研究解決。需要研究解決。 43.1.1 疲勞斷裂疲勞斷裂事例事例 疲勞斷裂事故最早發(fā)生在疲勞斷裂事故最早發(fā)生在19世紀(jì)初期，隨著鐵路運(yùn)輸?shù)拈_世紀(jì)初期，隨著鐵路運(yùn)輸?shù)拈_展，機(jī)車車輛的疲勞破壞成為工程上遇到的第一個(gè)疲勞強(qiáng)展，機(jī)車車輛的疲勞破壞成為工程上遇到的第一個(gè)疲勞強(qiáng)度問題。度問題。 以后在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)生多起飛機(jī)疲勞失事事故。以后在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)生多起飛機(jī)

4、疲勞失事事故。 1954年英國彗星噴氣客機(jī)由于壓力艙構(gòu)件疲勞失效引起飛年英國彗星噴氣客機(jī)由于壓力艙構(gòu)件疲勞失效引起飛行失事，引起了人們的廣泛關(guān)注，并使疲勞研究上升到新行失事，引起了人們的廣泛關(guān)注，并使疲勞研究上升到新的高度。的高度。 結(jié)構(gòu)由鉚接連接開展到焊接連接后，對(duì)疲勞的敏感性結(jié)構(gòu)由鉚接連接開展到焊接連接后，對(duì)疲勞的敏感性和產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)性更大。焊接結(jié)構(gòu)的疲勞往往是從焊接和產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)性更大。焊接結(jié)構(gòu)的疲勞往往是從焊接接頭處產(chǎn)生的。接頭處產(chǎn)生的。 5疲勞斷裂的疲勞斷裂的事例事例圖圖3-1，直升飛機(jī)起落架的裂，直升飛機(jī)起落架的裂紋是從紋是從應(yīng)力集中應(yīng)力集中很高的很高的角接板角接板尖端尖端開始

5、的，該機(jī)飛行著陸開始的，該機(jī)飛行著陸2118次后發(fā)生破壞。次后發(fā)生破壞。圖圖3-2，汽車底架縱梁的該梁板厚，汽車底架縱梁的該梁板厚5mm，承受反復(fù)，承受反復(fù)彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力，在角，在角鋼和縱梁的鋼和縱梁的焊接處焊接處，因，因應(yīng)力集中應(yīng)力集中很高而產(chǎn)生裂紋。該車破壞時(shí)已很高而產(chǎn)生裂紋。該車破壞時(shí)已運(yùn)行運(yùn)行30000km。6 水壓機(jī)水壓機(jī)的疲勞裂紋的疲勞裂紋是從是從設(shè)計(jì)不良設(shè)計(jì)不良的的焊焊接接頭接接頭的的應(yīng)力集中應(yīng)力集中點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。 7角焊縫角焊縫改為改為對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫降低疲勞破壞降低疲勞破壞如果在設(shè)計(jì)中，將易導(dǎo)致疲勞如果在設(shè)計(jì)中，將易導(dǎo)致疲勞破壞的應(yīng)力集中系數(shù)高的破壞的應(yīng)力集中系數(shù)高的

6、角焊角焊縫縫改為應(yīng)力集中較小的改為應(yīng)力集中較小的對(duì)接焊對(duì)接焊縫縫，疲勞事故就可大大減少。，疲勞事故就可大大減少。 圖圖3-4b用用鍛造法蘭鍛造法蘭代替圖代替圖a原法蘭，將原法蘭，將角焊縫角焊縫改為改為對(duì)接焊對(duì)接焊縫縫大大改善抗疲勞能力。大大改善抗疲勞能力。8原因原因：裂紋部位裂紋部位有有較高的應(yīng)力集中較高的應(yīng)力集中所致。所致。措施：措施：采用采用合理的接頭設(shè)計(jì)合理的接頭設(shè)計(jì)，提高焊縫質(zhì)量，消除焊接缺陷。，提高焊縫質(zhì)量，消除焊接缺陷。圖圖3-5，美國幾座橋美國幾座橋發(fā)生在靠近焊縫端部發(fā)生在靠近焊縫端部焊趾部位焊趾部位的疲勞裂紋。的疲勞裂紋。93.1.2 焊接結(jié)構(gòu)常見的焊接結(jié)構(gòu)常見的疲勞類型疲勞類

7、型 疲勞定義疲勞定義：在在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積局部永久性累積損傷損傷，經(jīng)，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生的后產(chǎn)生的裂紋裂紋或或突然突然發(fā)生發(fā)生完全斷裂完全斷裂的過的過程稱為疲勞。疲勞可分為程稱為疲勞。疲勞可分為高周疲勞高周疲勞和和低周疲勞低周疲勞。 高周疲勞高周疲勞：是指材料在是指材料在低于低于屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng) 以上以上循環(huán)次數(shù)而產(chǎn)生的疲勞。高周疲勞受循環(huán)次數(shù)而產(chǎn)生的疲勞。高周疲勞受應(yīng)力幅應(yīng)力幅控制，故又稱控制，故又稱應(yīng)力疲勞應(yīng)力疲勞。 低周疲勞低周疲勞：是材料在是材料在接近或超過接近或

8、超過其其屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)的循環(huán)應(yīng)力作用下的循環(huán)應(yīng)力作用下,經(jīng)經(jīng)低于低于 次塑性應(yīng)變循環(huán)而產(chǎn)生的疲勞。低周疲勞受次塑性應(yīng)變循環(huán)而產(chǎn)生的疲勞。低周疲勞受應(yīng)變幅應(yīng)變幅控制，故又稱控制，故又稱應(yīng)變疲勞應(yīng)變疲勞。510510103.2 疲勞斷裂的過程和斷口特征疲勞斷裂的過程和斷口特征疲勞斷裂的疲勞斷裂的過程過程 疲勞斷裂一般由疲勞裂紋的疲勞斷裂一般由疲勞裂紋的形成形成、擴(kuò)展擴(kuò)展、斷裂斷裂三個(gè)階段組成。三個(gè)階段組成。 材料在循環(huán)載荷作用下，材料在循環(huán)載荷作用下，疲勞裂紋疲勞裂紋總是在總是在應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的部位應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的部位上上形成形成。對(duì)于承受。對(duì)于承受循環(huán)載荷循環(huán)載荷作用的金屬材料，由于作用的

9、金屬材料，由于晶粒取向晶粒取向不同，以及存在不同，以及存在各種各種宏觀或微觀缺陷宏觀或微觀缺陷等原因，每個(gè)等原因，每個(gè)晶粒的強(qiáng)度晶粒的強(qiáng)度在相同的受力方向上是在相同的受力方向上是各不相各不相同同的；當(dāng)整體金屬還處于的；當(dāng)整體金屬還處于彈性狀態(tài)彈性狀態(tài)時(shí)，時(shí)，個(gè)別薄弱晶粒個(gè)別薄弱晶粒已進(jìn)入已進(jìn)入塑性應(yīng)變塑性應(yīng)變狀態(tài)，狀態(tài)，這些這些首先屈服的晶粒首先屈服的晶?？梢钥闯墒强梢钥闯墒菓?yīng)力集中區(qū)應(yīng)力集中區(qū)。一般認(rèn)為，具有與。一般認(rèn)為，具有與最大切應(yīng)力最大切應(yīng)力面相一致的滑移面面相一致的滑移面的的晶粒晶粒首先開始首先開始屈服屈服，出現(xiàn)，出現(xiàn)滑移滑移。 隨著循環(huán)加載的不斷進(jìn)行，滑移線的量加大成為滑移帶，并不

10、斷加寬、加深形成“擠出和“擠入現(xiàn)象，擠入局部向滑移帶的縱深開展，形成疲勞微裂紋(圖3-6)。 這些微裂紋沿著和拉應(yīng)力成45的最大切應(yīng)力方向傳播，這是疲勞裂紋擴(kuò)展的第1階段。裂紋擴(kuò)展速率很慢，每一次應(yīng)力循環(huán)大約只有0.lm 微米數(shù)量級(jí)，擴(kuò)展深度約為25個(gè)晶粒。裂紋擴(kuò)展的裂紋擴(kuò)展的第第階段階段 當(dāng)當(dāng)?shù)诘?階段擴(kuò)展的裂紋階段擴(kuò)展的裂紋遇到遇到晶界晶界時(shí)便逐漸時(shí)便逐漸改變方向改變方向轉(zhuǎn)到與轉(zhuǎn)到與最大拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力相垂直的方向生長，此時(shí)即進(jìn)入到裂紋擴(kuò)展的相垂直的方向生長，此時(shí)即進(jìn)入到裂紋擴(kuò)展的第第階段階段，如圖，如圖3-7。 在該階段內(nèi)，裂紋擴(kuò)展的途徑是穿晶的，其擴(kuò)展速率較快，每一次應(yīng)力循環(huán)大約擴(kuò)展m

11、數(shù)量級(jí)，在電子顯微鏡下觀察到的疲勞條紋主要是在這一階段內(nèi)形成的。 在循環(huán)加載下裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，承受載荷的橫截面面積繼續(xù)減小，直到剩余有效面積小到不能承受施加的載荷時(shí)，構(gòu)件就到達(dá)最終斷裂階段第3階段。1112裂紋擴(kuò)展機(jī)理裂紋擴(kuò)展機(jī)理-塑性鈍化模型塑性鈍化模型 整個(gè)疲勞過程中的主要時(shí)間是屬于疲勞裂紋擴(kuò)展階段，即第階段，亦稱亞臨界裂紋擴(kuò)展階段。 目前廣泛流行的模型是塑性鈍化模型圖3-8。 當(dāng)卸載時(shí)，裂紋閉合，其尖端處于鋒利狀態(tài)。 開始加載時(shí)，在切應(yīng)力下，裂紋尖端上下兩側(cè)沿45方向產(chǎn)生滑移，使裂紋尖端變鈍，當(dāng)拉應(yīng)力到達(dá)最高值時(shí)，裂紋停止擴(kuò)展。 開始卸載時(shí)，裂紋尖端的金屬又沿45 繼續(xù)卸載時(shí)，裂紋尖端處由

12、逐漸閉合到全部閉合，裂紋銳化。 這樣每經(jīng)過一個(gè)加載、卸載循環(huán)，裂紋由鈍化到銳化并向前擴(kuò)展一段長度*。在斷口外表上就會(huì)遺留下一條痕跡，這就是在金相斷口圖上通?？吹降钠跅l紋或稱疲勞輝紋。 綜上所述，亞臨界裂紋擴(kuò)展過程就是裂紋反復(fù)銳化和鈍化的過程。133.2.2 疲勞斷口的特征疲勞斷口的特征 疲勞斷口的疲勞斷口的宏觀斷口宏觀斷口分成三個(gè)區(qū)：分成三個(gè)區(qū)： 疲勞裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬時(shí)斷裂區(qū)疲勞裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬時(shí)斷裂區(qū)。這三個(gè)。這三個(gè)區(qū)與區(qū)與疲勞裂紋疲勞裂紋的的形成、擴(kuò)展和瞬時(shí)斷裂形成、擴(kuò)展和瞬時(shí)斷裂三個(gè)階段相對(duì)應(yīng)。三個(gè)階段相對(duì)應(yīng)。圖3-9疲勞斷口上三個(gè)特征區(qū)的示意圖 a)圓形試件b

13、)角接接頭 1疲勞裂紋源區(qū) 2疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)3疲勞裂紋加速擴(kuò)展區(qū) 4瞬時(shí)斷裂區(qū)14 疲勞裂紋源區(qū)：疲勞裂紋源區(qū)： 它是疲勞裂紋的形成過程在斷口上留下的真實(shí)記它是疲勞裂紋的形成過程在斷口上留下的真實(shí)記錄。疲勞裂紋源區(qū)一般很小，宏觀上難以分辨疲勞裂錄。疲勞裂紋源區(qū)一般很小，宏觀上難以分辨疲勞裂紋源區(qū)的斷面特征。疲勞裂紋源一般總是發(fā)生在外表；紋源區(qū)的斷面特征。疲勞裂紋源一般總是發(fā)生在外表；但如果構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷如脆性夾雜物等，也可但如果構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷如脆性夾雜物等，也可在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生。在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生。 疲勞源數(shù)目有時(shí)不止一個(gè)，而有兩個(gè)甚至兩個(gè)以疲勞源數(shù)目有時(shí)不止一個(gè)，而有兩個(gè)甚至兩個(gè)以上。對(duì)于低周

14、疲勞，由于其應(yīng)變幅值較大，斷口上常上。對(duì)于低周疲勞，由于其應(yīng)變幅值較大，斷口上常有幾個(gè)不同位置的疲勞源。有幾個(gè)不同位置的疲勞源。 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)：疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)： 它是疲勞斷口上最重要的特征區(qū)域。宏觀形貌為它是疲勞斷口上最重要的特征區(qū)域。宏觀形貌為貝殼狀或海灘波紋狀條紋，而且條紋推進(jìn)線一般是從貝殼狀或海灘波紋狀條紋，而且條紋推進(jìn)線一般是從裂紋源開始向四周推進(jìn)呈弧形線條，并且垂直于疲勞裂紋源開始向四周推進(jìn)呈弧形線條，并且垂直于疲勞裂紋的擴(kuò)展方向。這些貝殼狀的推進(jìn)線是在使用過程裂紋的擴(kuò)展方向。這些貝殼狀的推進(jìn)線是在使用過程中循環(huán)應(yīng)力振幅變化或載荷大小改變等原因所遺留的中循環(huán)應(yīng)力振幅變化或載荷大小改

15、變等原因所遺留的痕跡。痕跡。 在實(shí)驗(yàn)室作恒應(yīng)力或恒應(yīng)變實(shí)驗(yàn)時(shí)，斷口一般無在實(shí)驗(yàn)室作恒應(yīng)力或恒應(yīng)變實(shí)驗(yàn)時(shí)，斷口一般無此特征，疲勞斷口光滑呈細(xì)晶狀，有時(shí)光潔得尤如瓷此特征，疲勞斷口光滑呈細(xì)晶狀，有時(shí)光潔得尤如瓷質(zhì)狀，對(duì)于低周疲勞往往觀察不到這種貝殼狀的推進(jìn)質(zhì)狀，對(duì)于低周疲勞往往觀察不到這種貝殼狀的推進(jìn)線。線。 15 瞬時(shí)破裂區(qū)或稱最終破斷區(qū)：瞬時(shí)破裂區(qū)或稱最終破斷區(qū)： 它是疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸之后發(fā)生它是疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸之后發(fā)生的快速破斷。其特征與靜載拉伸斷口中快的快速破斷。其特征與靜載拉伸斷口中快速破壞的放射區(qū)及剪切唇相同。非常脆的速破壞的放射區(qū)及剪切唇相同。非常脆的材料，此區(qū)為結(jié)晶狀的

16、脆性斷口。材料，此區(qū)為結(jié)晶狀的脆性斷口。 16疲勞輝紋疲勞輝紋的形貌的形貌 疲勞輝紋與宏觀斷口上看到的貝殼狀條紋是不是一回事？ 疲勞輝紋是一次應(yīng)力循環(huán)中裂紋尖端塑性鈍化 * 形成的痕跡，貝殼狀條紋是循環(huán)應(yīng)力振幅變化或載荷變化形成的宏觀特征。相鄰的貝紋線之間可能有成千上萬條輝紋。有時(shí)在宏觀斷口上看不到貝殼紋，但在電鏡下仍可看到疲勞輝紋。 另外一些構(gòu)件，尤其是薄板件，其宏觀斷口上沒有明顯的貝殼狀花紋，卻有明顯的疲勞臺(tái)階。疲勞臺(tái)階是在一個(gè)獨(dú)立的疲勞區(qū)內(nèi)，兩個(gè)疲勞源向前擴(kuò)展相遇形成的。疲勞臺(tái)階也是疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)的一個(gè)特征。3-10 裂紋疲勞擴(kuò)展的輝紋 疲勞輝紋是疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段的疲勞輝紋是疲勞裂紋

17、擴(kuò)展第二階段的微觀特征。通常是明暗交替的有規(guī)那么相微觀特征。通常是明暗交替的有規(guī)那么相互平行的條紋，一般每一條紋代表一次載互平行的條紋，一般每一條紋代表一次載荷循環(huán)。疲勞條紋的間距在荷循環(huán)。疲勞條紋的間距在0.l0.4m之間。之間。 面心立方金屬面心立方金屬(如鋁及鋁合金、不銹鋼如鋁及鋁合金、不銹鋼)的疲勞條紋比較清晰、明顯。體心立方金的疲勞條紋比較清晰、明顯。體心立方金屬、密排六方金屬的疲勞條紋不如前者明屬、密排六方金屬的疲勞條紋不如前者明顯如鋼，疲勞條紋短而不連續(xù)，輪廓不顯如鋼，疲勞條紋短而不連續(xù)，輪廓不明顯。明顯。 一般焊接結(jié)構(gòu)一般焊接結(jié)構(gòu)所承受的疲勞載荷是一種所承受的疲勞載荷是一種隨機(jī)

18、載荷隨機(jī)載荷。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室多用多用正弦正弦應(yīng)力或應(yīng)力或應(yīng)變應(yīng)變進(jìn)行加載。以進(jìn)行加載。以正弦波正弦波加載來說明加載來說明平均應(yīng)力平均應(yīng)力m、應(yīng)力幅應(yīng)力幅a和和應(yīng)力范圍應(yīng)力范圍的定義，以及的定義，以及應(yīng)力比應(yīng)力比R的關(guān)系為：的關(guān)系為： 式中，式中，拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值。 R -l 時(shí)，為時(shí)，為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，其疲勞極限或疲勞強(qiáng)度用，其疲勞極限或疲勞強(qiáng)度用-1表示；表示； R 0 時(shí)，為時(shí)，為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，其疲勞極限或疲勞強(qiáng)度用，其疲勞極限或疲勞強(qiáng)度用0表示；表示； Rl 時(shí)，其各種循環(huán)應(yīng)力，統(tǒng)稱為時(shí)，其各種循環(huán)應(yīng)力，統(tǒng)稱為不對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力不對(duì)稱循

19、環(huán)應(yīng)力，其疲勞極限或疲勞，其疲勞極限或疲勞 強(qiáng)度用強(qiáng)度用R表示。表示。173.3 疲勞載荷及表示法疲勞載荷及表示法3.3.1 疲勞強(qiáng)度與疲勞圖疲勞強(qiáng)度與疲勞圖1疲勞載荷疲勞載荷及及應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)特征的特征的表示方法表示方法ammax2minmaxm2minmaxamaxminRamminminmaxR=(-1R1)mamaxmin0 以循環(huán)應(yīng)力中的最大應(yīng)力為縱坐標(biāo)，斷裂循環(huán)次數(shù)N為橫坐標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出-N曲線 。-N曲線和-N曲線統(tǒng)稱為S-N曲線。 疲勞極限：曲線的水平段表示材料經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不破壞，與此相對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力那么表示光滑試樣在對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的疲勞極限 。疲勞極限的下標(biāo)為應(yīng)

20、力比R的數(shù)值表示。 例如：R = -l 時(shí)的疲勞極限為 ，R=0時(shí)為 ，應(yīng)力比為任意R值時(shí)為 。18 2S-N曲線曲線 1R10193疲勞圖疲勞圖 S-N曲線可由曲線可由對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的試驗(yàn)得到，也可由的試驗(yàn)得到，也可由不對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力不對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力得到；得到；當(dāng)當(dāng)應(yīng)力比應(yīng)力比R改變改變時(shí)，所得的時(shí)，所得的S-N曲線也改變曲線也改變。于是，在規(guī)定的破壞循環(huán)壽命。于是，在規(guī)定的破壞循環(huán)壽命下，可以根據(jù)下，可以根據(jù)不同的應(yīng)力比不同的應(yīng)力比R得到得到疲勞極限疲勞極限，畫出的疲勞極限曲線圖，簡稱，畫出的疲勞極限曲線圖，簡稱疲勞圖疲勞圖。 1 a -m圖圖(應(yīng)力幅應(yīng)力幅-平均應(yīng)力平均應(yīng)力) 圖圖

21、3-14，其縱、橫坐標(biāo)分別代表，其縱、橫坐標(biāo)分別代表a和和m。曲線。曲線ACB為疲勞極限圖限，即在曲線為疲勞極限圖限，即在曲線ACB以以內(nèi)的任意點(diǎn)，表示不發(fā)生疲勞破壞；在這條曲線以外的點(diǎn)，表示經(jīng)一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后即內(nèi)的任意點(diǎn)，表示不發(fā)生疲勞破壞；在這條曲線以外的點(diǎn)，表示經(jīng)一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后即發(fā)生疲勞破壞。圖中發(fā)生疲勞破壞。圖中A點(diǎn)是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下發(fā)生疲勞破壞的臨界點(diǎn)，該點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為對(duì)稱循點(diǎn)是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下發(fā)生疲勞破壞的臨界點(diǎn)，該點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的疲勞極限環(huán)應(yīng)力下的疲勞極限-1。B點(diǎn)為靜載強(qiáng)度破壞的點(diǎn)，其橫坐標(biāo)值為抗拉強(qiáng)度點(diǎn)為靜載強(qiáng)度破壞的點(diǎn)，其橫坐標(biāo)值為抗拉強(qiáng)度b。 C點(diǎn)，因

22、點(diǎn)，因OD=DC，又因，又因max =m +a，那么，那么 ： 02ODDC0-脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力的疲勞極限的疲勞極限(2) max(min) -m圖圖 (3) max min圖圖 -自學(xué)自學(xué)mamaxmin0204應(yīng)力范圍應(yīng)力范圍及其在及其在焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度研究中的疲勞強(qiáng)度研究中的作作用用 由于焊接結(jié)構(gòu)焊縫及其附近有到達(dá)或接近屈服點(diǎn)的剩余應(yīng)力，因此在接頭施加常幅應(yīng)力循環(huán)，焊縫附近所承受的實(shí)際循環(huán)應(yīng)力將是由材料的屈服應(yīng)力(或接近屈服應(yīng)力)向下變化，而不管其原始作用的應(yīng)力比方何。 例如：假設(shè)名義應(yīng)力循環(huán)為+1到-2 ，那么其應(yīng)力范圍為1 +2 。但實(shí)際焊接接頭中的實(shí)際應(yīng)力范圍將是由

23、s變到s-(1 + 2 )。 這在研究焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度時(shí)很重要，它導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以應(yīng)力范圍代替應(yīng)力比R。 名義應(yīng)力是一種整體的等效應(yīng)力，并不是實(shí)際作用于結(jié)構(gòu)的局部的力。 例如：壓力下的蜂窩或泡沫結(jié)構(gòu)的材料，他們的名義應(yīng)力等于力除以面積等效為連續(xù)體，但是實(shí)際結(jié)構(gòu)局部的應(yīng)力應(yīng)該等于力除以截面上的材料面積。在有應(yīng)力集中的疲勞計(jì)算，實(shí)際應(yīng)力那么為名義應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)。 maxmin2a應(yīng)力范圍應(yīng)力范圍：21應(yīng)力范圍應(yīng)力范圍在焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度研究中的作用在焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度研究中的作用-續(xù)續(xù) 1脈動(dòng)循環(huán)載荷R=0 (圖3-18a) 假定材料的屈服應(yīng)力為300MPa，其應(yīng)力范圍為0100MPa

24、，那么其實(shí)際應(yīng)力范圍上限值為屈服應(yīng)力300MPa，下限為300MPa-(100+0)MPa=200MPa，因此其實(shí)際應(yīng)力范圍為：200300MPa。 2交變循環(huán)載荷R=-l (圖b) 其應(yīng)力范圍為50MPa，同樣，其實(shí)際應(yīng)力范圍上限仍為300MPa，下限為300-(50+50)=200MPa，因此實(shí)際應(yīng)力范圍仍為：200300MPa。 這說明：實(shí)際應(yīng)力范圍和與其相關(guān)的疲勞循環(huán)次數(shù)、疲勞強(qiáng)度，只與施加的應(yīng)力范圍有關(guān)，而與最大、最小循環(huán)應(yīng)力值以及應(yīng)力R比無關(guān)。即焊接接頭的疲勞性能只能用應(yīng)力范圍概念來表達(dá)。 注意：在沒有焊接剩余應(yīng)力存在時(shí)，例如對(duì)于消除應(yīng)力試樣，假設(shè)在試樣缺口尖端的應(yīng)力也低于屈服點(diǎn)，

25、即未產(chǎn)生塑性變形，那么名義應(yīng)力比R同樣也是實(shí)際應(yīng)力循環(huán)特征，這時(shí)應(yīng)力比R仍是決定試樣(構(gòu)件)的疲勞強(qiáng)度重要參量。疲勞設(shè)計(jì)疲勞設(shè)計(jì) 對(duì)于承受疲勞載荷的結(jié)構(gòu)，疲勞設(shè)計(jì)是在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)并確定了各構(gòu)件截面尺寸和連接細(xì)節(jié)后,為了防止疲勞破壞而需進(jìn)行的工作。 實(shí)踐證明，正確的疲勞設(shè)計(jì)和制造是防止疲勞破壞的最有效措施。 疲勞設(shè)計(jì)方法有容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法、疲勞極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法等。 下面介紹兩種設(shè)計(jì)方法： 1容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法 2. 按考慮細(xì)節(jié)類型的焊接結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì) 2223 它是把各種構(gòu)件和接頭的試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度除以一個(gè)平安系數(shù)它是把各種構(gòu)件和接頭的試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度除以一個(gè)平安系數(shù)(n1)作為容許作為容許應(yīng)力應(yīng)力 ，使

26、設(shè)計(jì)載荷引起的最大應(yīng)力容許應(yīng)力。從而確定構(gòu)件斷面，使設(shè)計(jì)載荷引起的最大應(yīng)力容許應(yīng)力。從而確定構(gòu)件斷面尺寸的設(shè)計(jì)方法。尺寸的設(shè)計(jì)方法。 1常幅疲勞常幅疲勞 常幅疲勞是所有應(yīng)力循環(huán)的應(yīng)力范圍保持常量的疲勞，按下式計(jì)算：常幅疲勞是所有應(yīng)力循環(huán)的應(yīng)力范圍保持常量的疲勞，按下式計(jì)算： 式中式中 對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)力范圍對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)力范圍 =max -min ； 對(duì)于非焊接結(jié)構(gòu)為折算應(yīng)力范圍，對(duì)于非焊接結(jié)構(gòu)為折算應(yīng)力范圍，=max - 0.7min； 容許應(yīng)力范圍容許應(yīng)力范圍(MPa)。 的計(jì)算根據(jù)表的計(jì)算根據(jù)表3-1的連接形式類別：的連接形式類別： 式中式中 n 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)； C， 根

27、據(jù)表根據(jù)表3-2構(gòu)件和連接的類別，查表構(gòu)件和連接的類別，查表3-1確定的系數(shù)。確定的系數(shù)。 1容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法/1nC(3-1)(3-2)查表3-1和表3-2，確定C，。2425 2變幅疲勞：變幅疲勞： 它是應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力范圍隨機(jī)變化的疲勞。假設(shè)能它是應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力范圍隨機(jī)變化的疲勞。假設(shè)能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的頻率分布、應(yīng)力預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的頻率分布、應(yīng)力范圍水平以及頻次分布總和所構(gòu)成的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，可范圍水平以及頻次分布總和所構(gòu)成的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，可將其折算為等效常幅疲勞，按下式進(jìn)行計(jì)算：將其折算為等效常幅疲勞，按下式進(jìn)行計(jì)算： 式中式中 e變幅疲勞的等效

28、應(yīng)力范圍，按下式確變幅疲勞的等效應(yīng)力范圍，按下式確定：定： 式中式中 ni以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命；壽命； ni預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力范圍水平到達(dá)預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力范圍水平到達(dá)i的的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 容許應(yīng)力范圍與常幅疲勞的容許應(yīng)力范圍與常幅疲勞的相同。相同。 1ieniine (3-4)極限狀態(tài)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法 容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法是建立在大量的試驗(yàn)資料和多年經(jīng)驗(yàn)根底容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法是建立在大量的試驗(yàn)資料和多年經(jīng)驗(yàn)根底上的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)疲勞載荷引起的應(yīng)力偏差很大時(shí)，她往往上的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)疲勞載荷引起的應(yīng)力偏差很大時(shí)，她往往是不經(jīng)濟(jì)的。目前工程結(jié)構(gòu)的設(shè)

29、計(jì)的總趨勢(shì)是由容許應(yīng)力設(shè)是不經(jīng)濟(jì)的。目前工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的總趨勢(shì)是由容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法向極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法過渡。計(jì)法向極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法過渡。 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是以可靠理論為根底，把疲勞載荷和各種接極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是以可靠理論為根底，把疲勞載荷和各種接頭的疲勞強(qiáng)度看作為按一定概率密度函數(shù)分布的變量，根據(jù)頭的疲勞強(qiáng)度看作為按一定概率密度函數(shù)分布的變量，根據(jù)這兩個(gè)變量的期望值和可能的變異性計(jì)算出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命終這兩個(gè)變量的期望值和可能的變異性計(jì)算出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命終止時(shí)的存活概率，據(jù)此來決定構(gòu)件的斷面尺寸。止時(shí)的存活概率，據(jù)此來決定構(gòu)件的斷面尺寸。 這種方法并不意味著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命終了時(shí)結(jié)構(gòu)立即報(bào)廢，而這種方法并不意味著結(jié)

30、構(gòu)設(shè)計(jì)壽命終了時(shí)結(jié)構(gòu)立即報(bào)廢，而是反映結(jié)構(gòu)抗疲勞的平安水平。是反映結(jié)構(gòu)抗疲勞的平安水平。27 2. 按按考慮細(xì)節(jié)類型考慮細(xì)節(jié)類型的焊接結(jié)構(gòu)件及接頭的的焊接結(jié)構(gòu)件及接頭的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)曲線疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行循環(huán)加載焊接鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)行循環(huán)加載焊接鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 1疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)曲線：一般的焊接結(jié)構(gòu)通常采用細(xì)節(jié)分類法進(jìn)行疲勞評(píng)定。細(xì)節(jié)類型的劃分考慮接頭的形式以及構(gòu)造細(xì)節(jié)局部應(yīng)力集中、受力方向、冶金效應(yīng)、剩余應(yīng)力、疲勞裂紋形狀，在某些情況下還考慮焊接工藝和焊后的改進(jìn)措施。 此處此處“疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 ：指給定一：指給定一定循環(huán)次數(shù)定循環(huán)次數(shù)(如如200萬次萬次)的應(yīng)力的應(yīng)力范圍。范圍。疲勞級(jí)別疲勞級(jí)別F

31、AT：它指出在：它指出在200萬萬次次(2l06次次)循環(huán)次數(shù)下特定的循環(huán)次數(shù)下特定的疲勞強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度。 如如S-N曲線的曲線的125表示其在表示其在2106循環(huán)次數(shù)下的以應(yīng)力范循環(huán)次數(shù)下的以應(yīng)力范圍圍(最大最大-最小應(yīng)力之差最小應(yīng)力之差)表征的表征的疲勞強(qiáng)度為疲勞強(qiáng)度為125MPa，112那么那么表示在相同應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下的表示在相同應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下的疲勞強(qiáng)度為疲勞強(qiáng)度為112MPa等。等。28鋁結(jié)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度鋁結(jié)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度添加了鋁合金的不同接頭的添加了鋁合金的不同接頭的S-N曲線分類曲線分類(圖圖3-20)。各條。各條S-N曲線具有相同曲線具有相同的的m值即相同的斜率，值即相同的斜率，

32、m與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系可用統(tǒng)一疲勞方程表與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系可用統(tǒng)一疲勞方程表示為：示為：式中，式中，C為常數(shù)，它決定為常數(shù)，它決定S-N曲線的位置。曲線的位置。 mCN(3-5)292細(xì)節(jié)類別細(xì)節(jié)類別 具體的不同鋼結(jié)構(gòu)件的FAT值見表3-3 - P118頁。表中FAT值是根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究定出的，納入以下事實(shí)和影響： 焊接結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)：焊縫形狀所引起的局部應(yīng)力集中；一定范圍內(nèi)的焊縫尺寸和形狀偏差；應(yīng)力方向；剩余應(yīng)力；冶金狀態(tài)；焊接過程和隨后的焊縫改善處理。 如果構(gòu)件和接頭中還存在其他原因所產(chǎn)生的應(yīng)力集中，由于表3-3的FAT并未考慮之，因此在疲勞載荷計(jì)算中要乘以該應(yīng)力集中系數(shù)，或?qū)?duì)應(yīng)的FAT值除以

33、該應(yīng)力集中系數(shù)。303.4 斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)在疲勞裂紋擴(kuò)展研究中的應(yīng)用在疲勞裂紋擴(kuò)展研究中的應(yīng)用 傳統(tǒng)的疲勞設(shè)計(jì)方法：假定材料是無裂紋的連續(xù)體，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，由于疲勞累積損傷而形成裂紋，再經(jīng)裂紋擴(kuò)展階段直到斷裂。 常規(guī)的疲勞計(jì)算就是在疲勞試驗(yàn)的大量統(tǒng)計(jì)結(jié)果上，獲得應(yīng)力-壽命即S-N曲線，然后在此根底上利用疲勞圖并給以一定的平安系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選材。 應(yīng)用斷裂力學(xué)的疲勞設(shè)計(jì)方法：實(shí)際構(gòu)件由于各種原因(如焊接、鑄造、鍛造等)往往不可防止地會(huì)產(chǎn)生各種缺陷及裂紋。帶有裂紋的構(gòu)件，在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，裂紋可能逐漸擴(kuò)展。 應(yīng)用斷裂力學(xué)把疲勞設(shè)計(jì)建立在構(gòu)件本身存在裂紋這一客觀事實(shí)的根底上，按照

34、裂紋在循環(huán)載荷下的擴(kuò)展規(guī)律，估算結(jié)構(gòu)的壽命。這是保證構(gòu)件平安工作的重要途徑，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)疲勞試驗(yàn)和分析方法的一個(gè)重要補(bǔ)充和開展。 313.4.1 裂紋的裂紋的亞臨界擴(kuò)展亞臨界擴(kuò)展 假假設(shè)構(gòu)件承受一個(gè)低于c但又足夠大的循環(huán)應(yīng)力，那么這個(gè)初始裂紋0便會(huì)發(fā)生緩慢擴(kuò)展，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界裂紋尺寸c時(shí)，會(huì)使構(gòu)件發(fā)生破壞。裂紋在循環(huán)應(yīng)力作用下，由初始值0到臨界值c這一段擴(kuò)展過程就是疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展階段。圖3-22 亞臨界裂紋擴(kuò)展與臨界裂紋尺寸0一個(gè)含有初始裂紋一個(gè)含有初始裂紋a0的構(gòu)件，當(dāng)承受靜載荷時(shí)，只有在應(yīng)力水平的構(gòu)件，當(dāng)承受靜載荷時(shí)，只有在應(yīng)力水平到達(dá)臨界應(yīng)力到達(dá)臨界應(yīng)力c時(shí)時(shí)(圖圖3-22)，即：當(dāng)

35、其裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，即：當(dāng)其裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子到達(dá)臨界值到達(dá)臨界值KIC(KC)時(shí)，才會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。時(shí)，才會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。32疲勞裂紋疲勞裂紋擴(kuò)展速率擴(kuò)展速率 式中 K應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍(K=Kmax-Kmin)； KIC 應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值； C、m由材料決定的常數(shù)； R平均應(yīng)力的應(yīng)力比。 疲勞裂紋擴(kuò)展的疲勞裂紋擴(kuò)展的壽命估算壽命估算00m0ddCNKCN）（mKCdNd)(KKRIC)1 (K)C(dNdmd)(100cmcKCKKR）（或帕瑞斯帕瑞斯Paris半經(jīng)驗(yàn)定律：應(yīng)力強(qiáng)度因子半經(jīng)驗(yàn)定律：應(yīng)力強(qiáng)度因子K既然能夠表示裂紋尖端的應(yīng)既然能夠表示裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度，那么就可以

36、認(rèn)為力場(chǎng)強(qiáng)度，那么就可以認(rèn)為K值是控制裂紋擴(kuò)展速率的重要參量。值是控制裂紋擴(kuò)展速率的重要參量。帕瑞斯帕瑞斯Paris規(guī)律公式：規(guī)律公式：福爾曼福爾曼Forman修正公式：修正公式：3.5 應(yīng)變疲勞應(yīng)變疲勞 前面討論是在前面討論是在應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)條件下裂紋在條件下裂紋在彈性區(qū)范圍彈性區(qū)范圍內(nèi)的擴(kuò)展規(guī)律內(nèi)的擴(kuò)展規(guī)律。這些規(guī)律的適用范圍是低應(yīng)力、高循環(huán)壽命、低擴(kuò)展速率。這些規(guī)律的適用范圍是低應(yīng)力、高循環(huán)壽命、低擴(kuò)展速率。在上述條件下獲得在上述條件下獲得dadN與與K之間的之間的指數(shù)關(guān)系指數(shù)關(guān)系，反映金屬，反映金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展的材料疲勞裂紋擴(kuò)展的一般規(guī)律一般規(guī)律。 -高周疲勞高周疲勞 但是，但是

37、，指數(shù)規(guī)律指數(shù)規(guī)律不能用來表征不能用來表征高應(yīng)變循環(huán)高應(yīng)變循環(huán)條件下的裂紋擴(kuò)條件下的裂紋擴(kuò)展規(guī)律。展規(guī)律。 -低周疲勞低周疲勞 3.5.1 應(yīng)力和應(yīng)變循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變循環(huán) 應(yīng)力循環(huán)疲勞應(yīng)力循環(huán)疲勞即即高周疲勞高周疲勞，它是控制，它是控制應(yīng)力范圍應(yīng)力范圍 ； 應(yīng)變循環(huán)疲勞應(yīng)變循環(huán)疲勞也稱為也稱為低周疲勞低周疲勞，它是控制，它是控制應(yīng)變范圍應(yīng)變范圍 。其中，其中，低周疲勞低周疲勞是材料在是材料在接近或超過其屈服點(diǎn)接近或超過其屈服點(diǎn)的循環(huán)應(yīng)力，經(jīng)的循環(huán)應(yīng)力，經(jīng)低于低于 次次塑性應(yīng)變循環(huán)塑性應(yīng)變循環(huán)而產(chǎn)生的疲勞。而產(chǎn)生的疲勞。5103.5.1 應(yīng)力和應(yīng)變循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變循環(huán)-續(xù)續(xù) 圖3-27為循環(huán)載荷條件

38、下可能發(fā)生的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。當(dāng)在完全彈性范圍內(nèi)變化時(shí)，如圖 a；當(dāng)交變載荷包含塑性區(qū)時(shí)，圖b，在每個(gè)循環(huán)中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不再是線性的，而是按滯后曲線BCDEB變化。 是總應(yīng)力范圍， 是總應(yīng)變范圍，它包括兩局部：控制應(yīng)變控制應(yīng)變疲勞試驗(yàn)可分為：疲勞試驗(yàn)可分為：控制總應(yīng)變幅控制總應(yīng)變幅和和控制塑性應(yīng)控制塑性應(yīng)變幅變幅兩種。兩種。 一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，塑性應(yīng)變幅塑性應(yīng)變幅產(chǎn)生疲勞損傷。用產(chǎn)生疲勞損傷。用控制塑性控制塑性應(yīng)變幅應(yīng)變幅試驗(yàn)所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，更能揭示，更能揭示低周疲勞低周疲勞破壞的破壞的實(shí)質(zhì)。所以一般都采用實(shí)質(zhì)。所以一般都采用控制控制塑性應(yīng)變幅塑性應(yīng)變幅。 ep 彈性應(yīng)變彈

39、性應(yīng)變塑性應(yīng)變塑性應(yīng)變3.5.2 S-N曲線曲線 對(duì)塑性材料作一系列的對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)，用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)作塑性應(yīng)變幅 與壽命Nc關(guān)系曲線，得圖3-28直線1。 在疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)中，因?yàn)樵趶椥苑秶鷥?nèi)，可以用-N直接表示。為了與直線相比較，將應(yīng)力幅 用 的關(guān)系換成應(yīng)變幅，如圖中的直線2。 進(jìn)一步分析，圖3-28曲線1是塑性應(yīng)變幅與NC的關(guān)系曲線，即低周疲勞的S-N曲線；曲線2是在彈性范圍內(nèi)由應(yīng)力幅與NC的關(guān)系曲線轉(zhuǎn)化而來的，是高周疲勞的S-N曲線。這兩線的交點(diǎn)P，表示低周疲勞與高周疲勞的分界點(diǎn)過渡壽命點(diǎn)。在P點(diǎn)的右側(cè)，彈性應(yīng)變起主導(dǎo)作用，在P點(diǎn)的左側(cè)塑性應(yīng)變起主導(dǎo)。或者說，P點(diǎn)的右側(cè)為高周疲勞區(qū)，P點(diǎn)的左側(cè)

40、是低周疲勞區(qū)。 在圖在圖3-28中還根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出了中還根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出了總應(yīng)變幅總應(yīng)變幅2(彈性應(yīng)變幅彈性應(yīng)變幅與與塑性應(yīng)變塑性應(yīng)變幅之和幅之和)與與NC的關(guān)系的關(guān)系曲線曲線3。由圖可看出：。由圖可看出：在在P點(diǎn)左側(cè)點(diǎn)左側(cè)，曲線，曲線3與與低周疲勞的直線低周疲勞的直線1逼逼近近；在；在P點(diǎn)的右側(cè)點(diǎn)的右側(cè)，曲線，曲線3與與高周疲勞的高周疲勞的直線直線2逼近逼近。 當(dāng)材料當(dāng)材料強(qiáng)度強(qiáng)度提高時(shí)，提高時(shí)，P點(diǎn)左移；材料點(diǎn)左移；材料的的韌度韌度提高時(shí)，提高時(shí)，P點(diǎn)右移。點(diǎn)右移。a2p2eaE塑性彈性高周疲勞區(qū)低周疲勞區(qū)應(yīng)變疲勞壽命應(yīng)變疲勞壽命 低周疲勞的科芬低周疲勞的科芬-曼森曼森(coffin

41、-Manson)公式：公式： 式中式中 塑性應(yīng)變范圍；塑性應(yīng)變范圍； Nc 材料到達(dá)疲勞斷裂時(shí)的循環(huán)數(shù)，即疲勞壽材料到達(dá)疲勞斷裂時(shí)的循環(huán)數(shù)，即疲勞壽命；命； 材料的塑性指數(shù)，材料的塑性指數(shù)，=0.30.8； C與靜拉伸斷裂應(yīng)變有關(guān)的常數(shù)。與靜拉伸斷裂應(yīng)變有關(guān)的常數(shù)。 上式上式 假設(shè)參量假設(shè)參量a及及C，能畫出材料的滯回線，由圖，能畫出材料的滯回線，由圖3-27b可可求得求得 ，即可得到疲勞壽命，即可得到疲勞壽命N。CNacp3-13pp373.6 影響影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素因素影響因素影響因素1.2.3.接接頭頭形形式式應(yīng)應(yīng)力力集集中中焊焊接接工工藝藝缺缺陷陷母母材材的的

42、因因素素截截面面尺尺寸寸表表面面狀狀態(tài)態(tài)加加載載情情況況焊焊接接接接頭頭因因素素（近近縫縫區(qū)區(qū)金金屬屬性性能能變變化化）材材料料性性質(zhì)質(zhì)（低低碳碳鋼鋼、高高強(qiáng)強(qiáng)度度鋼鋼等等）其其他他因因素素結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)尺尺寸寸（截截面面尺尺寸寸）3. 殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力的影響4.383.6.1 應(yīng)力集中應(yīng)力集中的影響的影響 不合理的設(shè)計(jì)、接頭形式和焊接過程中產(chǎn)生的各種缺陷未焊透、咬邊等是產(chǎn)生應(yīng)力集中的主要原因。1. 各種接頭各種接頭對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響1對(duì)接接頭對(duì)接接頭 疲勞強(qiáng)度最高。因這種接頭形狀的變化程度較小，應(yīng)力集中系數(shù)最低。 其疲勞強(qiáng)度主要取決于焊縫向根本金屬過渡的形狀。過大的余高和過大的

43、根本金屬與焊縫金屬間的過渡角都會(huì)增加應(yīng)力集中，使接頭的疲勞極限下降。圖3-29 過渡角口以及過渡圓弧半徑R對(duì) 對(duì)接接頭疲勞極限的影響40機(jī)械加工機(jī)械加工對(duì)焊接接頭疲勞性能的影響對(duì)焊接接頭疲勞性能的影響 對(duì)焊縫外表進(jìn)行機(jī)械加工，應(yīng)力集中程度大大降低，從而使對(duì)接接頭的疲勞極限相應(yīng)提高。 但是這種外表機(jī)械加工的本錢很高，在一般情況下，是沒有必要的。尤其是帶有嚴(yán)重缺陷和不用封底焊的焊縫，其缺陷處或焊縫根部尤其是帶有嚴(yán)重缺陷和不用封底焊的焊縫，其缺陷處或焊縫根部的應(yīng)力集中要比焊縫外表嚴(yán)重得多。所以在這種情況下焊縫外表的應(yīng)力集中要比焊縫外表嚴(yán)重得多。所以在這種情況下焊縫外表的機(jī)械加工沒有意義。的機(jī)械加工沒

44、有意義。41 2T形和十字接頭形和十字接頭 在焊縫向根本金屬過渡處有明顯的截面變化，其應(yīng)力集中系數(shù)比對(duì)接接頭的高。因此疲勞極限低于對(duì)接接頭。 表3-7結(jié)果說明：不開坡口的十字接頭由于在焊縫根部形成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，破壞從焊縫根部開始，破壞面通過焊縫，其疲勞極限值最低。 構(gòu)件開坡口可以改善接頭中的應(yīng)力分布條件，降低接頭中的應(yīng)力集中。這種接頭的疲勞極限值比不開坡口時(shí)高，破壞時(shí)一般是由焊縫向根本金屬過渡處-焊趾部位開始。 如果在焊趾部位處進(jìn)行加工，使其為圓滑過渡，接頭的疲勞極限進(jìn)一步提高，并與根本金屬相當(dāng)。3搭接接頭 疲勞極限是最低的。僅有側(cè)面焊縫搭接接頭的疲勞極限最低，只到達(dá)根本金屬的34。 注意：

45、采用所謂“加強(qiáng)蓋板的對(duì)接接頭是極不合理的。原來疲勞極限較高的對(duì)接接頭被大大削弱。422焊接工藝缺陷焊接工藝缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接時(shí)產(chǎn)生的各種缺陷各種缺陷，將在構(gòu)件中引起很大的，將在構(gòu)件中引起很大的應(yīng)力集中應(yīng)力集中。在循環(huán)載荷下，有在循環(huán)載荷下，有缺陷的焊縫區(qū)缺陷的焊縫區(qū)常常是結(jié)構(gòu)破壞的常常是結(jié)構(gòu)破壞的發(fā)源地發(fā)源地。 各種缺陷對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度影響：各種缺陷對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度影響： 1平面形狀缺陷平面形狀缺陷(如裂紋、未如裂紋、未焊透焊透)比立體形狀缺陷比立體形狀缺陷(如氣孔、夾如氣孔、夾 渣渣)影響大；影響大； 2外表缺陷比內(nèi)部缺陷影響大；外表缺陷比內(nèi)部缺陷影響大； 3

46、與作用力方向垂直的平面狀與作用力方向垂直的平面狀缺陷的影響比不垂直方向的大；缺陷的影響比不垂直方向的大； 4位于剩余拉應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)的缺陷位于剩余拉應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)的缺陷比在剩余壓應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)的缺陷影響大；比在剩余壓應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)的缺陷影響大； 5位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷(如如焊趾裂紋焊趾裂紋)比在均勻應(yīng)力場(chǎng)中同樣缺比在均勻應(yīng)力場(chǎng)中同樣缺陷的影響大。陷的影響大。 6隨著未焊透的增加，疲勞極隨著未焊透的增加，疲勞極限迅速下降圖限迅速下降圖3-34。43 典型的焊接缺陷，典型的焊接缺陷，A組的影響組的影響比比B組組的影響大。的影響大。 典型缺陷典型缺陷在在不同位置不同位置和和不同載荷不同載荷下對(duì)疲勞強(qiáng)度的

47、影響下對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響443.6.2 近縫區(qū)近縫區(qū)金屬性能變化金屬性能變化的影響的影響低碳鋼焊接接頭：低碳鋼焊接接頭：1在常用的熱輸入下焊接，低碳鋼近縫區(qū)金屬力在常用的熱輸入下焊接，低碳鋼近縫區(qū)金屬力學(xué)性能的變化對(duì)接頭的疲勞強(qiáng)度影響較小。學(xué)性能的變化對(duì)接頭的疲勞強(qiáng)度影響較小。2只要在非常高的熱輸入下只要在非常高的熱輸入下焊接焊接(在生產(chǎn)實(shí)際中很少采用在生產(chǎn)實(shí)際中很少采用)，才能使焊接熱影響區(qū)對(duì)應(yīng)力集中才能使焊接熱影響區(qū)對(duì)應(yīng)力集中的敏感性下降，其疲勞極限可比的敏感性下降，其疲勞極限可比母材高得多。母材高得多。 (圖圖3-35)低合金鋼低合金鋼焊接接頭焊接接頭： 低合金鋼的情況比較復(fù)雜。在熱循環(huán)下

48、，熱影響區(qū)的力學(xué)性能低合金鋼的情況比較復(fù)雜。在熱循環(huán)下，熱影響區(qū)的力學(xué)性能變化比低碳鋼大。變化比低碳鋼大。 試驗(yàn)說明：試驗(yàn)說明：低合金鋼低合金鋼的的化學(xué)成化學(xué)成分分、金相組織和力金相組織和力學(xué)性能學(xué)性能的的不一致性不一致性，在，在有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中或或無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中時(shí)都對(duì)時(shí)都對(duì)疲勞強(qiáng)度的疲勞強(qiáng)度的影響不影響不大大。3.6.3 剩余應(yīng)力的影響剩余應(yīng)力的影響 焊接剩余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響是人們廣泛關(guān)心的問題，對(duì)于這個(gè)問焊接剩余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響是人們廣泛關(guān)心的問題，對(duì)于這個(gè)問題人們進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究工作。題人們進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究工作。 試驗(yàn)時(shí)往往采用有焊接應(yīng)力的試件和經(jīng)過熱處理消

49、除內(nèi)應(yīng)力后的試件試驗(yàn)時(shí)往往采用有焊接應(yīng)力的試件和經(jīng)過熱處理消除內(nèi)應(yīng)力后的試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，并作比照。進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，并作比照。 由于焊接剩余應(yīng)力的產(chǎn)生往往伴隨著焊接熱循環(huán)引起的材料性能的變由于焊接剩余應(yīng)力的產(chǎn)生往往伴隨著焊接熱循環(huán)引起的材料性能的變化，而熱處理在消除內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)也恢復(fù)或局部恢復(fù)材料的性能。因此，化，而熱處理在消除內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)也恢復(fù)或局部恢復(fù)材料的性能。因此，對(duì)于試驗(yàn)的結(jié)果就產(chǎn)生不同的解釋，對(duì)內(nèi)應(yīng)力的影響也有了不同的評(píng)價(jià)。對(duì)于試驗(yàn)的結(jié)果就產(chǎn)生不同的解釋，對(duì)內(nèi)應(yīng)力的影響也有了不同的評(píng)價(jià)。 但對(duì)有刻槽試件的研究說明，由于在刻槽根部有應(yīng)力集中存在，接頭但對(duì)有刻槽試件的研究說明，由于在刻槽

50、根部有應(yīng)力集中存在，接頭中的剩余應(yīng)力不易調(diào)勻，所以它們對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是很明顯的。中的剩余應(yīng)力不易調(diào)勻，所以它們對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是很明顯的。 下面通過幾個(gè)具體試驗(yàn)研究的結(jié)果來說明焊接剩余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響下面通過幾個(gè)具體試驗(yàn)研究的結(jié)果來說明焊接剩余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。471不同焊接順序獲得不同焊接應(yīng)力分布試件的比照不同焊接順序獲得不同焊接應(yīng)力分布試件的比照試驗(yàn)試驗(yàn)圖圖3-37中，中，A組先焊縱向組先焊縱向焊縫焊縫1，后焊橫向焊縫，后焊橫向焊縫2。B組試件先焊橫向焊縫組試件先焊橫向焊縫1，后焊縱向焊縫后焊縱向焊縫2。在焊縫。在焊縫交叉處焊接剩余拉應(yīng)力：交叉處焊接剩余拉應(yīng)力：A組組B組。組。疲

51、勞強(qiáng)度：疲勞強(qiáng)度：A組組B組。組。 實(shí)驗(yàn)沒有采用熱處理消實(shí)驗(yàn)沒有采用熱處理消除內(nèi)應(yīng)力。比較明確地說除內(nèi)應(yīng)力。比較明確地說明內(nèi)應(yīng)力的作用。即：構(gòu)明內(nèi)應(yīng)力的作用。即：構(gòu)件中的剩余拉應(yīng)力越低，件中的剩余拉應(yīng)力越低，其疲勞強(qiáng)度越高。其疲勞強(qiáng)度越高。482在在不同應(yīng)力比不同應(yīng)力比R下下內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力的影響的影響 對(duì)稱循環(huán)交變載荷對(duì)稱循環(huán)交變載荷(R= -1)消除內(nèi)應(yīng)消除內(nèi)應(yīng)力力試件的疲勞極限接近試件的疲勞極限接近130MPa，而，而未消除未消除內(nèi)應(yīng)力的僅為內(nèi)應(yīng)力的僅為75MPa；在在脈動(dòng)循環(huán)交變載荷脈動(dòng)循環(huán)交變載荷下下(R=0)兩組試兩組試件的件的疲勞極限相同疲勞極限相同，為，為185MPa；當(dāng)當(dāng)R=0.

52、3時(shí)，經(jīng)時(shí)，經(jīng)熱處理消除內(nèi)應(yīng)力熱處理消除內(nèi)應(yīng)力的的試件疲勞極限反而略試件疲勞極限反而略低于低于未熱處理未熱處理的的試件。試件。 試驗(yàn)采用14Mn2低合金結(jié)構(gòu)鋼，試件有一條橫向?qū)雍缚p，并在正反兩面堆焊縱向焊道各一條。一組試件焊后作消除內(nèi)應(yīng)力熱處理，另一組未經(jīng)熱處理，然后進(jìn)行疲勞強(qiáng)度比照試驗(yàn)。采用三種應(yīng)力比R= -l，0，+0.3進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3-38。 49產(chǎn)生上述現(xiàn)象的產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因原因： 在minmax值比較高時(shí)，例如在脈動(dòng)循環(huán)載荷下(R= 0) ，疲勞強(qiáng)度較高，在較高的拉應(yīng)力作用下，內(nèi)應(yīng)力較快地得到釋放。因此，內(nèi)應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響就減弱。 當(dāng)minmax增大到(R= 0

53、.3) 時(shí)，內(nèi)應(yīng)力在載荷作用下，進(jìn)一步降低，實(shí)際上對(duì)疲勞強(qiáng)度已不起作用。而熱處理在消除內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)，又消除焊接過程對(duì)材料疲勞強(qiáng)度的有利影響。因而，疲勞強(qiáng)度在熱處理后反而下降。 在對(duì)稱循環(huán)交變載荷(R= -1)試件里，這個(gè)有利影響并缺乏以抵消內(nèi)應(yīng)力的不利影響。而在脈動(dòng)載荷R= 0試件里正好抵消剩余內(nèi)應(yīng)力的不利影響。 因此，焊接內(nèi)應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響與疲勞載荷的應(yīng)力循環(huán)特征有關(guān)?？傊?，在總之，在minmax值即值即R值較低時(shí)，影響較大。值較低時(shí)，影響較大。 503內(nèi)應(yīng)力在有內(nèi)應(yīng)力在有應(yīng)力集中應(yīng)力集中試件內(nèi)的影響試件內(nèi)的影響 消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力后試件的后試件的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度均高于均高于未經(jīng)未經(jīng)熱

54、處理熱處理的試件。的試件。 在這個(gè)試驗(yàn)中，內(nèi)應(yīng)在這個(gè)試驗(yàn)中，內(nèi)應(yīng)力的作用在力的作用在脈動(dòng)載荷脈動(dòng)載荷下下(R=0)仍有反映。仍有反映。 說明說明內(nèi)應(yīng)力的影響內(nèi)應(yīng)力的影響：在應(yīng)力集中較高時(shí)更在應(yīng)力集中較高時(shí)更大。大。 試件帶試件帶縱向短肋板縱向短肋板，具有，具有較高的應(yīng)力集中系數(shù)較高的應(yīng)力集中系數(shù)(應(yīng)力集中嚴(yán)重應(yīng)力集中嚴(yán)重程度不同程度不同)。 513.6.4 其他因素的影響其他因素的影響 1材料性質(zhì)的影響材料性質(zhì)的影響 當(dāng)無應(yīng)力集中時(shí)，材料的當(dāng)無應(yīng)力集中時(shí)，材料的疲勞強(qiáng)度與屈服點(diǎn)成正比，疲勞強(qiáng)度與屈服點(diǎn)成正比，對(duì)于光滑試件，材料的疲對(duì)于光滑試件，材料的疲勞極限隨著材料強(qiáng)度以約勞極限隨著材料強(qiáng)度以

55、約50的比率增加。所以，的比率增加。所以，屈服點(diǎn)較高的低合金鋼比屈服點(diǎn)較高的低合金鋼比低碳鋼具有更高的疲勞極低碳鋼具有更高的疲勞極限。限。 高強(qiáng)度鋼對(duì)應(yīng)力集中高強(qiáng)度鋼對(duì)應(yīng)力集中非常敏感，當(dāng)結(jié)構(gòu)中有應(yīng)非常敏感，當(dāng)結(jié)構(gòu)中有應(yīng)力集中時(shí)力集中時(shí),高強(qiáng)度低合金鋼高強(qiáng)度低合金鋼的疲勞強(qiáng)度下降得比低碳的疲勞強(qiáng)度下降得比低碳鋼快；鋼快； 當(dāng)應(yīng)力集中因素到達(dá)當(dāng)應(yīng)力集中因素到達(dá)某種程度時(shí)，兩種鋼的疲某種程度時(shí)，兩種鋼的疲勞極限相同或相差無幾，勞極限相同或相差無幾，圖圖3-40。 522結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸的影響的影響 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度在很大程度上決定于在很大程度上決定于結(jié)構(gòu)截面尺寸結(jié)構(gòu)截面尺寸。當(dāng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸增加

56、尺寸增加時(shí)，時(shí)，疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度將會(huì)將會(huì)降低降低。這可能是由于結(jié)構(gòu)。這可能是由于結(jié)構(gòu)尺寸增加，其尺寸增加，其缺陷缺陷也必將也必將增加增加；或者是焊縫；或者是焊縫缺陷缺陷在在小小構(gòu)件構(gòu)件上所引起的上所引起的應(yīng)力集中應(yīng)力集中要比在要比在大構(gòu)件大構(gòu)件中中小些小些等原因等原因所致。所致。 因而在考慮材料的因而在考慮材料的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度時(shí)，必須注意時(shí)，必須注意絕對(duì)尺絕對(duì)尺寸寸這一這一不良影響不良影響。 533.7 提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施措施改善措施：改善措施：降低應(yīng)力集中降低應(yīng)力集中調(diào)整剩余應(yīng)力場(chǎng)消除剩余拉應(yīng)力或產(chǎn)調(diào)整剩余應(yīng)力場(chǎng)消除剩余拉應(yīng)力或產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力生剩余壓應(yīng)力特殊保

57、護(hù)措施如塑料保護(hù)涂層特殊保護(hù)措施如塑料保護(hù)涂層541. 降低應(yīng)力集中降低應(yīng)力集中 (1) 采用合理的結(jié)構(gòu)形式采用合理的結(jié)構(gòu)形式 這可以減小應(yīng)力集中，這可以減小應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度。提高疲勞強(qiáng)度。 圖圖3-41為幾種設(shè)計(jì)方案為幾種設(shè)計(jì)方案的正誤比較。的正誤比較。 a推薦設(shè)計(jì)方案推薦設(shè)計(jì)方案 b力求防止的設(shè)計(jì)方力求防止的設(shè)計(jì)方案案推薦方案避免方案55(2) 盡量采用盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小應(yīng)力集中系數(shù)小的的焊接接頭焊接接頭 但凡結(jié)構(gòu)中承受交變載荷的構(gòu)件，都應(yīng)當(dāng)盡量采用對(duì)接接頭或開坡口的T形接頭；搭接接頭或不開坡口的T形接頭，應(yīng)力集中較為嚴(yán)重，應(yīng)力求防止采用。56還應(yīng)當(dāng)指出還應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)接焊縫，對(duì)接

58、焊縫，只有保證連接件的只有保證連接件的截面沒有突然截面沒有突然改變改變的情況下的情況下傳力傳力才是才是合理合理的。的。圖圖3-43a，一個(gè)設(shè)計(jì)不好的底盤，一個(gè)設(shè)計(jì)不好的底盤框架的框架的“垂直角部垂直角部A點(diǎn)，有不點(diǎn)，有不可防止要破壞的危險(xiǎn)；可防止要破壞的危險(xiǎn)；圖圖b，把一塊三角形加強(qiáng)板對(duì)焊，把一塊三角形加強(qiáng)板對(duì)焊到這個(gè)角上。到這個(gè)角上。 這種措施只是把破壞點(diǎn)由這種措施只是把破壞點(diǎn)由A點(diǎn)移至焊縫端部點(diǎn)移至焊縫端部B點(diǎn)，因?yàn)樵邳c(diǎn)，因?yàn)樵谠撎幗宇^形狀突然改變，仍存在該處接頭形狀突然改變，仍存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中。嚴(yán)重的應(yīng)力集中。最好改善方法：把兩翼緣之間的最好改善方法：把兩翼緣之間的垂直連接改用一塊曲線

59、過渡板，垂直連接改用一塊曲線過渡板，用對(duì)接焊縫與構(gòu)件拼焊在一起，用對(duì)接焊縫與構(gòu)件拼焊在一起，圖圖c。圖3-43 焊接框架角部設(shè)計(jì)的改善a) A角有嚴(yán)重應(yīng)力集中的設(shè)計(jì) b) 小改進(jìn)，B角仍有嚴(yán)重的應(yīng)力集中c) 減小應(yīng)力集中，使焊縫遠(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū)的改進(jìn)方案(2) 采用采用應(yīng)力集中系數(shù)小應(yīng)力集中系數(shù)小的的焊接接頭焊接接頭-續(xù)續(xù)57(3) 采取妥善的工藝措施采取妥善的工藝措施 1) 減少焊接缺陷等。對(duì)接焊縫一般具有較高的疲勞強(qiáng)度，但如果焊縫減少焊接缺陷等。對(duì)接焊縫一般具有較高的疲勞強(qiáng)度，但如果焊縫質(zhì)量不高，其中存在嚴(yán)重缺陷，那么疲勞強(qiáng)度值將下降很多，甚至低于搭接質(zhì)量不高，其中存在嚴(yán)重缺陷，那么疲勞強(qiáng)度

60、值將下降很多，甚至低于搭接焊縫。焊縫。 當(dāng)采用角焊縫時(shí)，須采取綜合措施來提高接頭的疲勞強(qiáng)度如機(jī)械加工當(dāng)采用角焊縫時(shí)，須采取綜合措施來提高接頭的疲勞強(qiáng)度如機(jī)械加工焊縫端部、合理選擇角接板形狀、焊縫根部保證熔透等焊縫端部、合理選擇角接板形狀、焊縫根部保證熔透等 。采取這些措施。采取這些措施可以降低應(yīng)力集中，并消除剩余應(yīng)力的不利影響。采用綜合處理后，低碳鋼可以降低應(yīng)力集中，并消除剩余應(yīng)力的不利影響。采用綜合處理后，低碳鋼接頭處的疲勞強(qiáng)度提高接頭處的疲勞強(qiáng)度提高313倍，對(duì)于低合金鋼，效果更顯著。倍，對(duì)于低合金鋼，效果更顯著。 2) 外表機(jī)械加工。這種方法消除焊縫及其附近的各種刻槽，可大大降外表機(jī)械加