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解析鋼材疲勞斷裂的概念
2021-06-09 10:27 陜西鋼結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)公司
疲勞斷裂是微觀裂縫在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。斷口可能貫穿于母材或貫穿于連接焊縫，也可能同時(shí)貫穿于母材及焊縫。出現(xiàn)疲勞斷裂時(shí),截面上的應(yīng)力低于材料一次靜力荷載作用下的抗拉極限強(qiáng)度甚至低于屈服強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為鋼的疲勞。
鋼材疲勞破壞后的截面斷口一般具有光滑的和粗糙兩個(gè)區(qū)域。呈現(xiàn)出半橢圓形光滑部分，表現(xiàn)出裂縫的擴(kuò)張和閉合過程是由裂縫逐漸發(fā)展引起的，說明疲勞破壞經(jīng)歷了一個(gè)緩慢的轉(zhuǎn)變過程;裂紋的擴(kuò)展使截面逐漸被削弱，至截面殘余部分不足以抵抗破壞時(shí),構(gòu)件突然斷裂，因有撕裂作用而形成粗糙區(qū)，這表明鋼材終斷裂一瞬間的脆性破壞性質(zhì)。因此，疲勞破壞屬于脆性破壞，塑性變形極小，是一種沒有明顯變形的突然破壞，危險(xiǎn)性較大。疲勞斷裂的過程可分為三個(gè)階段，即裂紋的形成、裂紋緩慢擴(kuò)展與后迅速斷裂。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)來說不存在裂紋形成階段，因?yàn)楹缚p中經(jīng)常有微觀裂紋或者孔洞、夾渣等缺陷,這些缺陷與微裂紋類似。非焊接結(jié)構(gòu)中在沖孔、剪邊、氣割等處也存在微觀裂紋。
構(gòu)件的應(yīng)力水平不高或反復(fù)次數(shù)不多時(shí)一般不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，計(jì)算中不必考慮疲勞的影響。在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，也不必計(jì)算疲勞。但是，長期承受頻繁的反復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)及其連接，例如承受重級(jí)工作制吊車的吊車梁等，在設(shè)計(jì)中就必須考慮結(jié)構(gòu)的疲勞問題。鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞屬于高頻低應(yīng)變疲勞，即總應(yīng)變幅小，但破壞前荷載循環(huán)次數(shù)多。
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