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干货!计算疲劳时要不要考虑压应力?

IM电竞平台: 2021-04-23 14:30:18 阅读数: 85 分享到:

估计大家经常会遇到一个问题,那就是我们在计算疲劳时要不要考虑压应力?


我们先来看看ASM international(世界上最大的以材料为中心的工程师和科学家协会)是怎么说的:疲劳是渐进的、局部的、永久性的一种结构变化,这种变化发生在承受波动的应力和应变的材料中,这些应力和应变可能会在足够数量的循环次数后导致裂纹或断裂。疲劳断裂是由循环应力、拉伸应力和塑性应变三者同时作用引起的,如果这其中任何一个不存在,则不会产生疲劳裂纹并扩展。


循环应力促使了裂纹的产生;拉应力促使了裂纹的扩展(传播)。尽管压应力 (compressive stress) 不会导致疲劳,但压力载荷 (compressive load) 可能会导致疲劳。疲劳过程包括三个阶段:初始疲劳损伤导致裂纹成核和裂纹萌生,裂纹逐渐扩展直到剩余未破裂的截面变得太弱而无法承受施加的载荷为止,最后剩余截面突然断裂。


通过上面这个描述我们可以总结出这么个结论:单纯的压应力并不会对疲劳产生影响,计算时也是可以忽略的。但需要注意的是,我们讲的是压应力,不是压力载荷,我们不能说你给一个部件施加一个循环的压力载荷,它不会发生疲劳破坏。



有很多研究人员也做过很多的试验研究,也发现了带有缺口的试棒在施加循环压力载荷下出现了疲劳裂纹,这些裂纹通常只是扩展到一个有限小的值(在弹塑性交界处)后便停止了扩展。造成裂纹出现并在一定程度内的扩展的原因,也有很多研究论文,目前主流观点认为残留应力和加载时缺口尖端处的塑性变形是主要原因。但不论如何,压应力在疲劳分析中不会导致裂纹完全扩展至断裂。


在我们国家的一些钢结构标准中也有提到过相应的内容。比如GB50017-2017《钢结构设计标准》 中的"疲劳计算及防脆断设计"章节。其中提到:对非焊接的构件和连接,其应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳强度。


但条文中也更明确指出,焊接结构的疲劳强度之所以与应力幅密切相关,本质上是由于焊接部位存在较大的残余拉应力,造成名义上受压应力的部位仍旧会疲劳开裂,只是裂纹扩展的速度比较缓慢,裂纹扩展的长度有限,当裂纹扩展到残余拉应力释放后便会停止。


考虑到疲劳破坏通常发生在焊接部位,而钢结构连接节点的重要性和受力的复杂性,一般不容许开裂,因此规定了仅在非焊接构件和连接的条件下,在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。


相信大家根据以上的解释,会对疲劳分析中压应力的问题有一个大概的了解。不过要提醒大家的是,上面提到的压应力是在整个应力循环过程中都是纯压应力才可以。当然,在有拉压的情况下,压应力也会起到延缓裂纹扩展的好处。


来源:iMechanics机械