第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理分解
第6章结构件及连接的疲劳强度
随着社会生产力的发展，起重机械的应用越来越频繁，对起重机械的工作级别要求越来越高。《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定，应计算构件及连接的抗疲劳强度。对于结构疲劳强度计算，常采用应力比法和应力幅法，本章仅介绍起重机械常用的应力比法。
6.1循环作用的载荷和应力
起重机的作业是循环往复的，其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷，在结
构或连接中产生的应力是变幅循环应力，如图6-1所示。
起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。起重机工作
累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。
6.1.1循环应力的特征参数
(1)最大应力
一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用氐表示。
(2)最小应力
一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用血表示o
(3)整个工作循环中最大应力值
构件或连接整个工作循环中最大应力的数值，用：？吨表示。
(4)应力循环特性值
一个循环中最小应力与最大应力的比值，用r二三皿表示。
cmax
(5)循环应力的应力幅
一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用
（6） 应力半幅
一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值的一半，用
O Q =| Qmax "in / 2
（7） 应力循环的平均值
一个循环中最大的应力与最小的应力的和的平均值，用 .•二m 表示。
mny min ） /P
6.1.2 应力循环特性值的计算
I 【x 、二y ）和剪应力（.xy ）作用，其最大应力r r xy 表
示'按式（6-1 ）计算。
r x- % xmin • xmax
对值最大剪应力值， N / mnv ；
二xmin 、_ y min 、・xymi n —应力循环特性中与 二xmax 疲劳计算点上的一组应力值，N / mny ；
（「X 、
6.1.3疲劳强度许用应力
疲劳强度许用应力是通过标准试件的疲劳试 验获取的。试验时，对一批标准试件施加不同量值 的等幅循环载荷，得到各试件破坏时的对应循环数 N 。以对称应力循环应力（疲劳应力循环特」性「= _1）的最大拉应力；「max 为纵坐标、破坏 时循环数N 为横坐标，将试验结果绘成二・N 曲 线如图所示，或称S-N 曲线，此曲线表示了材 料的疲劳强度与寿命的矢系。 由曲线可知，随着
最大拉应力二max 减小，应力循环次数N 增加。当 减
小到某一值时，N 可以无限增加。对于试件取 N =2 106次时的应力作为材料疲劳极限。
构件或连接单独或同时承受正应力 与最小应力比值称为循环特性值，用
y ' _ y min > -y max
(6-1)
xym in / 可 xy max
式中：◎ x max 、口 y max 、忑 xy max —（或连接）在疲劳计算点上的绝对值最大正应力和绝
'二ymax '・xymax 相对应的同一k
rxy ）时，最小应力和最大应力应带各自正负号，
计算应力循环特性值
J — M 曲
以「二的对称应力循环试验得到的含有90緬靠度的疲劳极限除以安全系数，得到疲劳
强度许用应力值
6.2结构及其连接的工作级别
结构及其连接的工作级别是结构设计计算的重要依据，也作为一项技术参数提供给用户。用户可以按实际使用条件正确的选择或预定机械产品。一个好的设计应充分考虑使用条件，进行疲劳强度校核，在安全和寿命方面才有可能较为接近实际的要求。
结构的工作级别与结构的应力状态(名义应力谱系数)和使用等级(应力循环次数)有尖。结构件的应力状态和使用等级是依据起重机械的载荷状态和工作循环次数确定的，结构的工作级别与起重机械工作级别不一定相同，应视具体情况而定。
6.2.1使用等级
结构件的使用时间，用该结构件的应力循环次数来表示。一个应力循环是指应力从通过应力循环的平均值匚m时起至该应力同方向再次通过应力循环的平均值匚m时为止的一个连续过程。图6-1表示的是应力循环的时间应力变化过程。
结构件总使用时间是指在其设计预期寿命期内，即从开始使用起到该结构件报废为止的期间
内，该结构件发生的总的应力循环次数。结构中应力变化的频繁程度，以其在设计寿命期内达到的总应力循环次数n表征。结构件的使用等级按完成的总工作循环次
数n的不同，分为门个使用等级，分别以代号BO , B1……B10表示，见表6-1 <> 表6-1 结构件的使用等级
6.2.2 应力状态
应力状态是用来表明结构件中应力或部分应力达到最大的情况。当结构件中应力或
部分应力达到最大的情况不明时，应与用户协商，根据用途按表6-2确定应力状态。当
载荷情况已知时，应按下式计算实际应力谱Ks，再按表6-2选取接近且较大的名义应力
谱系数值来确定应力状态。
结构件的应力谱，是表明在总使用时间内在它上面发生的应力大小及这些应力循环次数的情况。每一个应力谱对应有一个应力谱系数Ks。
n； J c K s =[—(—)]
“T Ofnax(6-2 )
式中：Ks —结构件应力谱的计算值;
ni —该结构件发生的不同应力相应的应力循环数' m 二ni,n 2,n3 nn ；
nT
—结构件总的应力循环数， 叮 n
i= n
i * n
2 —亠* 5 ；
i
土
G —该结构件在工作时间内发生的不同应力，
G 「「八二，6
-max-
为应力 二1，二2，二3…..…-n 中的最大应力；
c —指数。与有矢材料的性能、结构件的种类、形状和尺寸、表面粗糙度以及腐蚀程度等 有
矢'由实验得出。
展开后，（6・2 ）式变为：
•匹（三门I 川亡⑴C
“T max Hr
、-max
然后按表6-2可以确定该结构件或机械零件的应力谱系数和相应的应力状态。 表6-2结构件应力状态和应力谱系数
应力状态 S1
S2
S3 S4 应力谱系数Kp
0< K P < 0.125
0.125 < K P < 0.25
0.25 < K P < 0.5
0.5 < K P < 1
注：确定应力谱系数所采用的应力是该结构件在工作期间内发生的各个不同峰值应力
6.2.3 结构件的工作级别划分
根据结构件的使用等级和应力状态，结构件工作级别划分为 E1〜E8共8个级别，见
表 6-3。
表6-3结构件的工作级别
应力状 态级别 使用等级 BO B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 S1 E1 E1 E1 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 S2
E1
E1
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E8
(6-3)
"•max
E
叮
6.3疲劳极限
6.3.1等幅循环应力作用下的疲劳极限
对试件施加同一应力循环特性值r、不同最大应
力。口如的等幅循环应力，得出试件破坏时对应的应力
循环数Ni。这时的最大应力呦时称为疲劳强度，以5,i表
示。通过足够数量的试验，可得到
”硏」一Nj曲线”(见图6-2 )。
曲线的函数式为：
G： N -C ( 6-4)
式中：m —指数，焊接结构可取3或5,非焊接
结构可取5或6 ；
Ni —应力作用的循环次数；
形状以及焊接过程、焊后处理
C 一常数。
影响疲劳强度的因素很多：连接形式、尺寸大小、
以Ni=N^=2咱06为基本循环数，则对应的航
'称为疲劳极限。任一循环次Ni下的
(6-5)
式 kN 寿叩系数；
K N —循环次数比K N 二Ni.No 。
当等幅循环应力为对称循环应力时，其应力比为
r =-1，则 表示为o'」；当等
幅循环应力为脉动循环应力时，应力比为
r =0，则err,i 表示为矶」。
当r=-1时，以叫=No =2 106为基本循环数,贝u 对应的二；：〔，称为基本疲劳极限。而任
J 一竺—f 亠（6-6） m NiN ・g k N
其实，试验通常就用r=-1和r =0这两种应力 比的等幅循环应力做的，其他应力比的等幅循环应 力作用下的结果，可通过换算求得。在已知二1 和；”。（试验求得）前提下，在二「和；5的坐标上 同时作出6 （抗拉强度）的点
C （见图6・3）。
连接AB 线和BC 线，又知静强度极限为钢材 屈服点匚'则确定D 点，并连DE 线。
疲劳强度为:
一循环次数
N 下的疲劳强度为：
当在< r< 0的范围内，任一 £值可用
「与;一「的尖系
图6・
以拉力为主的疲劳强度极限：
5
1
Crt= (
) ；「1二(
)；「0 此时二 ot=5 二
i/3)
3_2r-
1-2r/3
—
嘗0 v r ＜虫时，在BD 线段上，用插入法可求得: 1_（1
二）r 1_（1 5/3.1
Gs
sn-「i
同理，可写出受压应力为主的疲劳极限： 当-1 < r< 0时 石 _oo 2cr±
* rrc _1 _r _1 _r (此时a 宀丿
(6-9)
当0 vrw 1时（此时抗压强度c —1.2；二）
fin.
2i
1 _ [1 7 / (1.2； 「s) ] r 1 一〔1 一
2 月/
(1.26) ] r
r ,i
一 gi]
CTri,kjri]
【2丽或丸
式中：匚喻一用绝对值，因为它有正负之分，而疲劳强度一般不带符号；
—由式（6-5）算出来的▽亠经式（6-6）转换算得的；
m —疲劳强度的安全系数1.34 （许用应力法）；
—材料的疲劳抗力系数，1.25〜1.35 （极限状态法）°
6.3.2
不等幅循环应力作用下的疲劳极限
（1）当量等幅循环应力的转换
在实际工程中，作用在起重机构件或连接上的循环应力都是不等幅、随机的。变化复杂的循 环应力，还需采用一 “样板”区段，经一些循环计数的统计方法的处理，来确定该循环应力的 各特征数值及其频率数。然后，采用Miner 线性累积损伤理论来判断是否出现疲劳破坏。也可将 此循环应力转换为一单参数循环应力，即为等幅、等应力比的当量循环应力（G ）来验算。
例如某一构件或接头作用有
n 组已经处理过的循环应力，其各组循环应力
盹以
(6-8) (6-7)
(6-10)
(6-11)
(6-12)
max
:：.1, ；「2,...,门，・..；二表示，并一律以绝对值代人以下公式‘相应的应力比以宀巴…「，…，山表示，每组应力的作用次数以…ni,…，m表示（不考虑作用次序）。在各组循
环应力作用下构件或接头得到不同的损伤度 （d ）。如在第1组循环应力（「，鞋，m ）作用
下，在该构件或接头的r =n 试验曲线，（二）・N 曲线上（见图6-4 ）。
图6-4当量等幅循环应力的转换
可找到或推算得对应于-1，匚的寿命次数N ：
Ni= （U ） mN 。，Ni 二（旦）讥
■■-1
式中5=3, No=2X 10% 口为日时的疲劳极限。则其损伤度
求得d2, d3,-dn 。其总损伤度D 二瓦dj 。
dj
当D1时，则该构件或接头将疲劳破坏。故不使其疲劳破坏的条件为：
DW1 o 现将
上式各项的分子分母各自乘上 ）m
，则：
rh (G) m . n 2(6)
弘(匚)“N2
nn (G) m 二、n n (G)
m
NL m _, 3 S' m ( 6・ 15)
在循环次数达n 「次，应力比 r 二斤时的疲劳强度。若已知该构件或接头在应力比为
r =r,,循环次数达’m 二n 、
次时的疲劳强度（于占）°令塔二"^=丁，得：L o
叫Tn
代入式（6・15）分母式中得：
r€ni （q ）巾亍 n3）巾 寸 n （q/q ） m Eni®/q）-
D —:
iNiu ） m n9 二）m
代（二）“n'C； ”
(6-13)
4二也 di 吩。同理可
Ni
式6・15中的分母可写成：NG ）踊
=n ）…式中为该构件或接头
此时上式中分母为常数。
可由；「丄或；「。的试验值推算获得，见式(6・5)、式(6・6)。
现将当量循环应力公式(6-16)改写一下，引入整个工作循环中的最大应力值的绝对
(6-17)
kp 为当量应力转换系数。将此式代入核算公式，则:
kp I . max
勻 6 ]或卩-
(6-18b)
式
中：K"。循环次数比;
=KN Kp —构件分级的应力历程参数，其值相同的构件，划为同一级别的构件 ，
此时m 取3;
66
[6]—该构件或连接在应力比为 r 时，等幅循环应力作用 2X 10次(No=2X 10 ) 下的许用疲劳
极限。可由〔二丄〕或〔；「。〕推算得出；
」丄7(口 )叩乞二〕
nV a
不等式左侧即为转换成等幅、等应力比
(r 二”)的当量循环应力，见图 6-3 :
(6-16)
(2)疲劳强度的核算
核算疲劳强度时应考虑疲劳安全系数 核算公式可写成：
nr(1.34)或疲劳抗力系数 (1.25 〜1.35)，则
式中；一该构件或连接在应力比
r=n 时‘循环次数达"次时的等幅疲劳强度,
显然CVax ，故系数“心必小于或等于1。Kp
1 V[(-nJ 为应力谱系数。 匹 “max
k P 一疚飞亍7一需
(6-18a)
S[(-rxn,]
CC
值
a
咄 K 卩
s ■该构件或连接在应力比为r I时，等幅循环应力作用N）二2X 106次下的疲劳极限，可由基本疲劳极限：二或;7。推算求得；
—极限状态法中的材料疲劳抗力系数（1.25〜1.35）。
〔（7）〕“一考虑了应力历程参数后的许用疲劳强度（当应力比r=n时）；
—考虑了应力历程参数后的极限疲劳强度（当应力比r = r,时）。
6.3.3不同构件和连接的疲劳极限
不同构件或连接的基本疲劳极限〔二丄〕，由于其应力集中程度不同而异。在大量试验
的基础上，将它们归纳为8类：WO, W, W （构件）和K。，K b心,心〈（焊接连接）。试验结果经处理后见表6・4和表6・5。表中之值为许用基本疲劳极限〔二』二；「二/厲9.34。需验算的构件或连接，可在起重机设计规范GB/T 3811 -2008标准附录O的表0.2的图表
中可找到其对应的类别。若找不到相应的类别，严格讲，应进行试验。也可按其相近的类别选取。若用极限状态法，则直接用二丄二〔；「」〕刀代入核算公式即可。
表6・4不同类别构件、连接的〔；「」〕值（N/mm）
表6・5不同类别构件、连接的［」值（N/mrr）
对于高强度钢材，应另作试验。但可以认为在焊接结构中的疲劳极限与钢材强度尖
系不大。而结构件母材的疲劳极限则随其材料的屈服点提高而增大' ；二：、0.25 （；二6）-
6.3.4不同工作级别的构件和连接的疲劳极限
构件或连接按其使用等级（整个使用期的作用应力的循环次数B）和应力状态（应力
谱系数Kp）分为8级：E1〜E&
此时'循环次数比K N =%，（B=2,汉Bo,B。兰1.6X104,i =o〜I。）；而应力谱系数K P2勺0
分为四档'Kp.-0.125, K P2-0.25 , Kpa-0.5 , K P4-1。又知一:二K N Kp贝u — :・0.008 时
为E级，当卩：：0.016时为E2级」：:0.032时为E3级，依次类推，当卩二1.0时为E8级。
考虑到其应力历程参数的大小，其许用疲劳强度或极限疲劳强度的基本值，按级别可直接给
出：
许用应力法：『・一］广丄-［二牟
r I m m
I - ： nt
* J 极限状态法：7十.
剪切应力同样处理。
二；和〔二丄〕”的取值各国规范略有不同，这是由于m取值不同（m=3〜6）引起的。
取N =2 106次时的应力作为材料疲劳极限，以r=_-|的对称循环应力，对标准试件进行试验得到的含有90%可靠度的疲劳极限除以1.34安全系数，并考虑构件工作级别及具体的构件连接类别两个因素后的疲劳强度许用应力值如表6-6o
表6-6 许用疲劳强度的基本值值N/mm2
注：括号内的数值为大于0235的0.75 Cb的理论计算值，仅应用于复合应力校核中。
需要说明的是：上表中的〔；二「即为拉伸和压缩疲劳许用应力的基本值，若用极限状
态法，则=厂・丄］F/。
严格而言，工作级别低而连接类别差的结构也可能发生疲劳破坏。针对一般起重机
的制造工艺，通常规定E4级（含）以上的构件应校核疲劳强度（对整机而言，相当于A5）。
6.3.5疲劳强度许用应力计算
构件疲劳强度许用应力按表6-7列出的公式计算，连接件的疲劳强度许用应力按表
6-8计算。表中r为应力循环特性。
表&7 构件疲劳强度许用应力
表6・8 连接的疲劳许用应力
a计算出的〔％」不应大于0.75耳/J2。若超过时，则取0.75t〃J2值代之。CT b为被连接件钢材的抗拉强度
6.4疲劳强度校核641 构件（或连接）的最大应力
（1）选定核算点
根据同类结构的经验或根据强度分析的结果（高应力、大应力幅处的点），也可选取
若干点，计算其循环应力的各项特征值，并确定核算点。
（2）计算最大应力
按载荷组合A中最不利工况计算构件（或连接）中的最大应力二xmax、二ymax、-xymax ；在计算疲劳核算点上的各个应力循环中，沿X、y轴线方向的绝对值最大计算正应力和X、y轴线形成的平面上绝对值最大计算剪应力。
642 确定应力集中等级和其工作级别
根据构件连接类别和具体的接头型式按附录
用等级和应力状态级别确定其工作级别。
0确定应力集中等级；根据结构件的使
643 确定许用疲劳强度
(1)疲劳强度许用应力的基本值
根据构件工作级别及具体的构件连接类别，查对称应力循环拉伸和压缩疲劳强度许用应力的基本值〔二』，详见表6・6。
(2)计算疲劳强度许用应力
根据循环应力的各项特征值和疲劳强度许用应力的基本值上丄〕，在等幅循环应力系中，根据实际作用的等幅循环应力的特征值(应力比)，按表6-7列出的公式计算构件疲
劳强度许用应力，按表6-8计算连接件疲劳强度许用应力；在不等幅循环应力系中，以最大应力的r1为准，将其转换成r1的许用疲劳强度〔二丄〕“。极限状态的疲劳强度可用许用
疲劳强度〔二』“换算得来。
644 核算
A
将作用在该点上的循环应力中的C m ax (等幅循环应力时即为cmax)与许用疲劳强度
〔一「相比较即可。剪切应力与正应力一样处理。即：
fax A 忠｛(6-19)
咛I唱〕〕Smax兰〔禾[j」(6-20) (6-21)
工xmax ・ 2 fmax、2 Gmax A max Jxymax r2
帯V!】tP21(6-22) 式中:匚xmax—同式(6・1)的Cxmax ；
°y max—同式(6-1)的口y max ；
:xymax -同式(6・1) xy max
【Grt】一与-xmax相应的拉伸疲劳许用应力，
〔£』一与Umax相应的压缩疲劳许用应力'
“肝吊;
N/mm;
[:4】一与・ymax相应的拉伸疲劳许用应力' N/mn A；
第六章螺纹连接
一、 螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接，结构简单，拆装方便，适用范围广。 二、 螺纹的种类及主要参数：根据螺纹线绕行方向的不同，螺纹分为右旋和左旋，一般用右旋；根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状的不同，分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和管螺纹；螺纹又分为内螺纹和外螺纹，二者旋合组成螺纹副或称螺旋副；根据母体的形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。圆柱螺纹的主要参数d （D ）螺纹大径，是螺纹的公称直径如M8表示d=8mm ；d 1（D 1）螺纹小径，常用于计算螺纹强度；d 2（D 2）螺纹中径，用于计算效率、升角、自锁的基准。（外螺纹各直径用小写字母表示，内螺纹各直径用大写字母表示）；p 螺距，螺纹上相邻两牙对应点轴向距离；n 线数，沿一条螺纹线形成的螺纹，成为单线螺纹，沿两条、三条或多条螺纹线形成的螺纹，成文双线、三线或多线螺纹；s 导程，任一点沿同一条螺纹线转一周的轴向位移，s=np ；ψ螺纹的螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，即22tan s np d d ψππ==；α牙形角，β牙形斜角，在对称牙形中2αβ=；h 工作高度， 三、 1. 三角螺纹的牙形角260αβ==o ，因牙形斜角β大，所以当量摩擦因素大，自锁性好，主要用于连接，这种螺纹
分为粗牙和细牙，一般多用粗牙螺纹。公称直径相同时细牙螺纹的螺距较小、牙细，内经和中径较大，升角较小，因为自锁性好，对螺纹零件的强度削弱小，但磨损后易滑扣。细牙螺纹常用于薄壁和细小零件上或承受变载、冲击振动的连接及微调装置中。 2.举行螺纹牙形为正方形，牙形斜角0 β=o。所以当量摩擦角小，效率高，用于传动；但由于制造困难，螺母和螺杆同心度差，牙根强度弱，常被梯形螺纹代替。 3.梯形螺纹的牙形角230 αβ ==o，与矩形螺纹相比，效率略低，但牙根强度较高，易于制造，在螺旋传动中应用较为普遍。 4.锯齿形螺纹工作边的牙形斜角3 β=o，传动效率高，便于加工，非工作边的牙形斜角30 β=o。综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹压根强度高的优点，能承受较大的载荷，用于单向传动。 5.管螺纹是用于连接的紧密螺纹，是英制细牙三角螺纹， 牙形角60 α=o。其螺纹牙顶部和根部均是圆角，内、外螺纹间无径向间隙，因而连接紧密。、 6.圆锥管螺纹有牙形角55 α=o和60 α=o两种，螺纹分布在1:16的圆锥管壁上；内外螺纹面间无间隙，使用时不用填料而靠牙的变形来保证螺纹连接的紧密性，用于高温、高压系统的管件连接。
结构疲劳分析的方法以及应用.
结构疲劳分析的方法以及应用 目前，对结构进行疲劳分析主要有两种途径：1）利用有限元分析软件直接对结构进行疲劳分析，最终求得结构的疲劳寿命；2）根据不同的疲劳工况，利用有限元软件分析计算出结构应力的变化，然后将其与利用规范计算出的许用疲劳应力相比较，看是否满足要求。对于前者，最为关键的是定义输入载荷谱或应力谱，而当结构的工况相对较为复杂时，载荷谱或应力谱的定义过程就相当于后者的前期处理过程；同时，客户一般会在协议中指定结构设计计算时必须参考的标准规范，所以为了更好地满足客户的需求，建议结构疲劳计算时采用后者的方法。根据标准规范对结构进行疲劳分析时一般包括以下五个方面： 1．疲劳载荷的确定 结构所承受的载荷可以分为三种：1）基本载荷，主要指设备在正常工作情况下通常出现的载荷（如结构自重、物料载荷、永久性动载等）；2）附加载荷，主要指设备运行或停止时可能断续出现的载荷（如设备工作风载、摩擦阻力、运行阻力、非永久性动载等）；3）特殊载荷，是指在设备工作和非工作状态时不应产生，但又无法避免的载荷（如非工作风载、结构碰撞、地震载荷等）。疲劳计算时只需考虑基本载荷，而且对于物料载荷或其它的基本载荷，有的标准规范中还规定了疲劳计算时载荷的缩小系数。 2．循环次数的确定 同一结构，所考虑的疲劳载荷不同时，其循环次数也不尽相同，这主要是因为不同的疲劳载荷产生的原因是不同的。例如，对于堆取料机来说，考虑物料载荷的扰动影响时是指传送皮带上物料的有无，而考虑永久性动载的扰动影响时则是指设备在工作过程中的正常启、制动，即便是同一结构的同一载荷，针对不同的工作工艺流程，其循环次数也是不同的。所以，设备的工作工艺流程是不同载荷循环次数计算的决定性因素。当载荷的循环次数确定后，首先应该判断其对结构的循环扰动作用是否足够多，当循环次数N≤103（104）（低周疲劳）时，无需对结构进行疲劳校核。 3．构件焊接形式的选择 工程中的钢结构多为焊接结构，构件的疲劳强度除取决于结构使用的材料外，还与接头的形状和制造方法密切相关。被连接件的形状和连接方法会影响到应力集中的形成，从而使构件的疲劳强度大为降低。不同的标准规范在经过大量试验的前提下，给出了针对不同的焊接接头形式的构件疲劳强度（图1，为 AS4100－1998标准中所列举的针对载荷循环次数为2×106构件的焊接形式及其许用应力幅值，左边的数字便为其疲劳强度值，单位为MPa）。因此，如何根据结构的实际焊接形式恰当地对照标准中的焊接类型来确定结构具体部分的疲劳强度值，也需要一定经验的积累。
第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理
148 第6章 结构件及连接的疲劳强度 随着社会生产力的发展，起重机械的应用越来越频繁，对起重机械的工作级别要求越来越高。《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定，应计算构件及连接的抗疲劳强度。对于结构疲劳强度计算，常采用应力比法和应力幅法，本章仅介绍起重机械常用的应力比法。 6.1 循环作用的载荷和应力 起重机的作业是循环往复的，其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷，在结构或连接中产生的应力是变幅循环应力，如图6-1所示。 起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。起重机工作过程中每个工作循环中应力的变化都是随机的，难以用实验的方法确定其构件或连接的抗疲劳强度。然而，其结构或连接在等应力比的变幅循环或等幅应力循环作用下的疲劳强度是可以用实验的方法确定的，对于起重机构件或连接的疲劳强度可以用循环记数法计算出整个 循环应力中的各应力循环参数，将其转化为等应力比的变幅循环应力或转化为等平均应力的等幅循环应力。最后，采用累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。 6.1.1 循环应力的特征参数 (1) 最大应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用max σ表示。 (2) 最小应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用min σ表示。 (3) 整个工作循环中最大应力值 构件或连接整个工作循环中最大应力的数值，用max ?σ 表示。 (4) 应力循环特性值 一个循环中最小应力与最大应力的比值，用min max r σσ=表示。 (5) 循环应力的应力幅 一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用σ?表示。
第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理分解
第6章结构件及连接的疲劳强度 随着社会生产力的发展，起重机械的应用越来越频繁，对起重机械的工作级别要求越来越高。《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定，应计算构件及连接的抗疲劳强度。对于结构疲劳强度计算，常采用应力比法和应力幅法，本章仅介绍起重机械常用的应力比法。 6.1循环作用的载荷和应力 起重机的作业是循环往复的，其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷，在结 构或连接中产生的应力是变幅循环应力，如图6-1所示。 起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。起重机工作 累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。 6.1.1循环应力的特征参数 (1)最大应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用氐表示。 (2)最小应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用血表示o (3)整个工作循环中最大应力值 构件或连接整个工作循环中最大应力的数值，用：？吨表示。 (4)应力循环特性值 一个循环中最小应力与最大应力的比值，用r二三皿表示。 cmax (5)循环应力的应力幅
一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用
（6） 应力半幅 一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值的一半，用 O Q =| Qmax "in / 2 （7） 应力循环的平均值 一个循环中最大的应力与最小的应力的和的平均值，用 .•二m 表示。 mny min ） /P 6.1.2 应力循环特性值的计算 I 【x 、二y ）和剪应力（.xy ）作用，其最大应力r r xy 表 示'按式（6-1 ）计算。 r x- % xmin • xmax 对值最大剪应力值， N / mnv ； 二xmin 、_ y min 、・xymi n —应力循环特性中与 二xmax 疲劳计算点上的一组应力值，N / mny ； （「X 、 6.1.3疲劳强度许用应力 疲劳强度许用应力是通过标准试件的疲劳试 验获取的。试验时，对一批标准试件施加不同量值 的等幅循环载荷，得到各试件破坏时的对应循环数 N 。以对称应力循环应力（疲劳应力循环特」性「= _1）的最大拉应力；「max 为纵坐标、破坏 时循环数N 为横坐标，将试验结果绘成二・N 曲 线如图所示，或称S-N 曲线，此曲线表示了材 料的疲劳强度与寿命的矢系。 由曲线可知，随着 最大拉应力二max 减小，应力循环次数N 增加。当 减 小到某一值时，N 可以无限增加。对于试件取 N =2 106次时的应力作为材料疲劳极限。 构件或连接单独或同时承受正应力 与最小应力比值称为循环特性值，用 y ' _ y min > -y max (6-1) xym in / 可 xy max 式中：◎ x max 、口 y max 、忑 xy max —（或连接）在疲劳计算点上的绝对值最大正应力和绝 '二ymax '・xymax 相对应的同一k rxy ）时，最小应力和最大应力应带各自正负号， 计算应力循环特性值 J — M 曲
第章疲劳强度概述
第十章疲劳强度概述 以上各章主要研究构件的静强度问题，这自然是构件安全性设计最基本的、也是解决的 最好的一环。但是在实际中，结构失效的原因往往并不是其静强度不足，而是材料的疲劳（fatigue ）与断裂（fracture ）。这方面有许多惨痛的例子，如1954年世界上第一架喷气客机 —英国的彗星号，在投入飞行不到二年，就因其客舱的疲劳破坏而坠入地中海；又如在1967年，美国西弗吉尼亚的Point Pleasant桥因其一根拉杆的疲劳而突然毁坏；最近（2002年）在空中解体、坠入台湾海峡彭湖海域的台湾华航波音747宽体客机也是因其机翼与机身连接部 位的疲劳破坏而引起的；等等。所以，研究构件的疲劳强度具有重要的意义。 所谓疲劳，是指构件中的某点或某些点承受交变应力，经过足够长的时间（或次数）累 积作用之后，材料形成裂纹或完全断裂这样一个发展和变化过程。所谓交变应力（或循环应 力），是指随时间循环变化的应力。交变应力随时间变化的历程称为应力谱，当然，应力谱源 自载荷谱，它们或是周期性的（图10.1a），或是随机性的（图10.1b）。 图10.1 理论与实验研究均表明，构件在交变应力下的疲劳破坏, 与静应力下的失效有本质区别，疲劳破坏具有以下特点： ?破坏时应力低于材料的强度极限，甚至低于材料的屈服应力； ?破坏是一个积累损伤的过程，即需经历多次应力循环后才能出现； ?即使是塑性材料，破坏时一般也无明显的塑性变形，即表现为脆性断裂； ?在破坏的断口上，通常呈现两个区域，一个是光滑区域，另一个是粗粒状区 域。例如, 图10.2
车轴疲劳破坏的断口如图 10.2所示。 以上现象可以通过疲劳破坏的形成过程加以说明。原来，当交变应力的大小超过一定限 度并经历了足够多次的交替重复后， 在构件内部应力最大或材质薄弱处， 将产生细微裂纹（即 所谓疲劳源），这种裂纹随应力循环次数增加而不断扩展，并逐渐形成宏观裂纹。在扩展过程 中，由于应力循环变化，裂纹两表面的材料时而互相挤压，时而分离，或时而正向错动，从 而形成断口的光滑区。另一方面，由于裂纹不断扩展，当达到其临界长度时，构件将发生突 然断裂，断口的粗粒状区就是突然断裂造成的。因此，疲劳破坏的过程又可理解为疲劳裂纹 萌生、逐渐扩展和最后断裂的过程。 本章主要研究构件在交变应力作用下的疲劳强度，以及构件的疲劳寿命估算。 10.1交变应力循环特征 在一个应力循环中，应力的极大值与极小值，分别称为最大应力和最小应力。最大应力 Gax 与最小应力 Gin 的代数平均值，称为平均应力，并用 6表示，即 (10-1) 最大应力与最小应力的代数差之半，称为应力幅，并用 ；二表示，即 (10-2) 交变应力的变化特点，可用比值 r 表示，并称为 应力比或循环特征，即 (10-3) 试验表明，r 对材料的疲劳强度有直接影响。在交变应力中，如果最大应力与最小应力 的等值反向，即 匚max - -；「min ，其应力比「= -1 （图10.3b ），则称为对称交变应力。在交变应力 中，如果最小应力 Cmin 为零，其应力比r =0 （图10.3C ） ，则称为脉动交变应力。除对称循环 恒幅交变应力是交变应力最常见的情况（图 化。 10.3a ）。应力在两个极限值之间周期性的变 图 10.3 (b) 2
钢结构的计算原理3
3．1 概述 钢结构设计过程： 根据建筑布局确定结构方案荷载计算内力分析选定材料及规格构件及连接验算 精确计算的要求就是上述每一步都是很准确的，但事实上是很困难的。主要问题在于： ?计算模型与实际结构有一定的差距 ?计算尺寸与实际尺寸有一定差距 ?计算荷载与实际荷载有一定差距 此外，材料性能、施工质量等变化也较大。因此，在设计中如何恰当的考虑这些因素的变动规律，就形成了结构设计方法的几个阶段。 （1）总安全系数的容许应力计算法 （2）三个系数的极限状态计算方法 （3）以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一设计安全系数的容许应力计算方法 （4）概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法 （1）总安全系数的容许应力计算法 时间：建国初到1957年以前 方法：把钢材可以使用的最大强度，除以一个笼统的安全系数作为结构设计计算时构件容许达到的最大应力，即允许应力法。 容许应力
式中： N——构件的内力； S——截面几何特性； σs——钢材屈服强度； K——总安全系数； σ——构件的计算应力。 优点：简单、明确。 缺点：太笼统。各构件的可靠程度各不相同，而整个结构取决于可靠度最小的构件。 （2）三个系数的极限状态计算方法 时间：1957年～1974年 方法：根据结构使用上的要求，在结构中规定两种使用极限状态，即承载能力的极限状 态和变形极限状态。同时引入三个系数，即以超载系数考虑荷载可能的变动；以 材料均质系数考虑材料性质的不一致性；以工作条件系数考虑结构及构件的工作特点以及某些假定的计算图式与实际情况不完全相符等因素。 优点：比较细致，特别是荷载与材料强度取值上分别部分地考虑了概率原则； 缺点：某些系数的确定有时缺乏客观依据和科学方法。
结构设计原理第六章受压构件习题及答案
第六章受压构件正截面承截力 一、选择题 1．轴心受压构件在受力过程中钢筋和砼的应力重分布均（） A ．存在；B. 不存在。 2．轴心压力对构件抗剪承载力的影响是（） A ．凡有轴向压力都可提高构件的抗剪承载力，抗剪承载力随着轴向压力的提高而提高； B ．轴向压力对构件的抗剪承载力有提高作用，但是轴向压力太大时，构件将发生偏压破坏； C ．无影响。 3．大偏心受压构件的破坏特征是：（） A ．靠近纵向力作用一侧的钢筋和砼应力不定，而另一侧受拉钢筋拉屈； B ．远离纵向力作用一侧的钢筋首先被拉屈，随后另一侧钢筋压屈、砼亦被压碎； C ．远离纵向力作用一侧的钢筋应力不定，而另一侧钢筋压屈，砼亦压碎。 4．钢筋砼柱发生小偏压破坏的条件是：（） A ．偏心距较大，且受拉钢筋配置不多； B ．受拉钢筋配置过少； C ．偏心距较大，但受压钢筋配置过多； D ．偏心距较小，或偏心距较大，但受拉钢筋配置过多。 5．大小偏压破坏的主要区别是：（） A ．偏心距的大小； B ．受压一侧砼是否达到极限压应变； C ．截面破坏时受压钢筋是否屈服； D ．截面破坏时受拉钢筋是否屈服。 6．在设计双筋梁、大偏压和大偏拉构件中要求2s x a '≥的条件是为了：（） A ．防止受压钢筋压屈； B ．保证受压钢筋在构件破坏时能达到设计屈服强度y f '； C ．避免y f '> 400N/mm 2。 7．对称配筋的矩形截面偏心受压构件（C20，HRB335级钢），若经计算， 0.3,0.65i o e h ηξ>=，则应按（ ）构件计算。
A ．小偏压； B. 大偏压； C. 界限破坏。 8．对b ×h o ，f c ，f y ，y f '均相同的大偏心受压截面，若已知M 2>M 1，N 2>N 1，则在下面四组内力中要求配筋最多的一组内力是（） A ．(M 1，N 2)； B.（M 2，N 1）； C. ( M 2，N 2)； D. (M 1，N 1)。 9．当2s x a '<，在矩形截面大偏心受压构件的计算中求A s 的作法是:（） A.对s A '的形心位置取矩(取2s x a '=)求得； B. 除计算出A s 外,尚应按s A '=0求解As ，取两者中的较大值； C ．按B 法计算，但取两者中较小值； D ．按C 法取值，并应满足最小配筋率等条件。 10．钢筋砼柱发生大偏压破坏的条件是（） A ．偏心距较大； B.偏心距较大，且受拉钢筋配置较多； C ．偏心距较大，且受压钢筋配置不过多； D ．偏心距较大且受拉钢筋配置不过多。 11. 指出下列哪些说法是错误的（） A ．受压构件破坏时，受压钢筋总是受压屈服的； B. 大偏心受压构件破坏时，受拉钢筋已经屈服； C. 小偏心受压构件破坏时，受拉钢筋可能受压，也可能受拉。 二、是非题 1．在钢筋砼大偏心受压构件承载力计算时，若2s x a '<，则在构件破坏时s A '不能充分利用。 2．偏压构件，若ηe i > h o ，则一定为大偏压构件。 3．不论大、小偏压破坏时，s A '总能达到y f '。 4．螺旋箍筋仅用在轴向荷载很大且截面尺寸受限制的轴心受压短柱中。 5．配螺旋箍筋的轴心受压柱中的砼抗压强度大于f c 。 6．若轴压柱承受不变的荷载，则不论经过多长时间，钢筋及砼压应力都不随时间的变化。 7．在对称配筋偏心受压构件中，M 相同时，N 越小越安全。 三、思考题 1. 为什么要引入附加偏心距e a ，如何计算附加偏心距？ 2. 什么是结构的二阶效应？《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中如何考虑结构的二阶效应？
钢结构防疲劳设计要点和构造要求
钢结构防疲劳设计要点和构造要求 1. 直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n 等于或大于5×10^4次时，应进行疲劳计算。 2. 钢结构构件及其连接的疲劳计算，不适用于下列条件： （1）构件表面温度高于150℃； （2）处于海水腐蚀环境； （3）焊后经热处理消除残余应力； （4）构件处于低周-高应变疲劳状态。
3. 疲劳计算应采用基于名义应力的容许应力幅法，名义应力应按弹性状态计算，容许应力幅应按构件和连接类别、应力循环次数以及计算部位的板件厚度确定。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。 4. 在低温下工作或制作安装的钢结构构件应进行防脆断设计。 5. 需计算疲劳构件所用钢材应具有冲击韧性的合格保证，钢材质量等级的选用应符合标准规定。
6.在结构使用寿命期间，当常幅疲劳或变幅疲劳的最大正应力幅和剪应力幅符合规范要求时，则疲劳强度满足要求，否者应进行疲劳计算。 7. 直接承受动力荷载重复作用的高强度螺栓连接，其疲劳计算应符合下列原则： （1）抗剪摩擦型连接可不进行疲劳验算，但其连接处开孔主体金属应进行疲劳计算； （2）栓焊并用连接应力应按全部剪力由焊缝承担的原则，对焊缝进行疲劳计算。
8. 直接承受动力重复作用并需进行疲劳验算的焊接连接应符合下列规定： （1）严禁使用塞焊、槽焊、电渣焊和气电立焊连接； （2）焊接连接中，当拉应力与焊缝轴线垂直时，严禁采用部分焊透对接焊缝、背面不清根的无衬垫焊缝； （3）不同厚度板材或管材对接时，均应加工成斜坡过渡；接口的错边量小于较薄板件厚度时，宜将焊缝焊成斜坡状，或将较厚板的一面(或两面)及管材的外壁(或内壁)在焊前加工成斜坡，其坡度最大允许值为1：4。
钢结构原理与设计第六章作业
钢结构第6章 于千秋 200910202166 1 习题 6.2 某竖向支撑桁架如图6.60所示。两斜腹杆均采用双角钢截面，节点板厚8mm ，钢材为Q235.承受荷载标准值P k =12.5kN ，全部由可变荷载所引起。取拉杆和压杆的容许长细比分别为400和200.假设斜腹杆的计算长度为l 0x =l oy =l ，支座处两水平反力H 相等。若杆件的最小截面规定为2∠45×5，试选用此两斜腹杆的截面。 解：⑴由题，荷载设计值 N=1.4N Qk =1.4P k =1.4×12.5=17.5kN 则N Ab =1.4x 2P k =1.4x 2 x12.5=12.5KN 需要构件截面面积为: A n =A ≥N/f=12.5x 3 12.510215 ×102-=0.58cm 2 需要的截面回转半径为: 拉杆：i 1 ≥ 011l [λ] = =1.061 cm 压杆：i 2 ≥ 02 1l [λ] = 200 =2.12 cm 拉杆按最小截面选用2∠45x5 压杆选用2∠75x50x5 6.6某轴心受压柱,承受轴心受压力标准值N k =1600kN ，其中永久荷载（包括柱自重）为30%，可变荷载为70%。两端铰接，柱高l=8m 。截面采用焊接工字形，翼缘板为剪切边。沿截面强轴方向有一中间侧向支承点，取l ox =2l oy =l 。Q235钢试选择此工字形截面，并进行整体稳定和局部稳定验算。 （1）设计资料 l ox =l=8m l oy =l/2=4m 柱子承受轴心压力设计值 N=1.2x30%N k +1.4x70% N k =2144KN （2）试选截面方案（一） 假设取x λ=y λ=100 b 类截面 x λ=100，φ=0.555 c 类截面 y λ=100，φ=0.463 需要的回转半径和柱截面尺寸 i x ≥ x ox λl =800/100=8cm i y ≥λy l oy =400/100=4cm 由近似回转半径关系得
钢结构技术规范
钢结构设计规范 第一章总则 第二章材料 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－30℃时的其它承重结构。 二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。 注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋内的结构可按该规定值提高1 0℃采用。
℃时，对于3号钢尚应具有－20℃冲击韧性的合格保证；对于16Mn钢、16Mnq 钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有－40℃冲击韧性的合格保证。对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。 一、手工焊接采用的焊条，应符合现行标准《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的规定。选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，宜采用低氢型焊条。 二、自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与主体金属强度相适应。焊丝应符合现行标准《焊接用钢丝》的规定。 三、普通螺栓可采用现行标准《普通碳素结构钢技术条件》中规定的3号钢制成。 四、高强度螺栓应符合现行标准《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈型式尺寸与技术条件》或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副型式尺寸与技术条件》的规定。 五、铆钉应采用现行标准《普通碳素钢铆螺用热轧圆钢技术条件》中规定的ML2或ML3号钢制成。 六、锚栓可采用现行标准《普通碳素结构钢技术条件》中规定的3号钢或《低合金结构钢技术条件》中规定的16Mn钢制成。 第三章基本设计规定 第一节设计原则
钢结构第6章课后问答-
钢结构第6章课后问答 1、钢结构第6章课后问答6.1轴心受力构件的强度的计算公式怎么确定的？答:P191是按净截面的平均应力o不超过材料的屈服强度fy来确定的。6.2轴心受压构件整体失稳有几种形式？双轴对称界面的屈曲形式是怎么样的？答：P193有弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲三种形式。一般的双轴对称截面的轴心压杆，屈曲形式为弯曲屈曲、薄壁十字形截妞在确定的状况下发生扭转屈曲、单对称轴截面如角钢、槽钢和T形钢或双板T形，由于其截面只有一个对称轴，截面形心和剪心不重合，会产生弯扭屈曲。6.3轴心受力构件整体稳定承载力与哪些因素有关？哪些因素被称为初始缺陷。答:P196剩余应力初弯曲初偏心〔为初始缺陷〕、长细比X;p264小结〔4〕。6.4提高轴心压杆钢材的抗压强度能否提高其稳定承载力？答:pl95?196不能 2、，在弹性阶段稳定承载力和抗压强度无关〔欧拉公式〕；在弹塑性阶段，ocr不仅是X的函数，还是Et的函数，而Et与材料的抗压强度有关。6.5轴心屈曲为什么要分为弹性屈曲和弹塑性屈曲？划分依据？答：同6.4;划分依裾：P195,对于瘦长杆，钢材长细比大于截面应力为比例极限时构件的长细比，即满足欧拉公式的适用条件；对于中长干，截面应力在屈曲前已经超过比例极限进入弹塑性阶段。 6.6怎样区分压杆稳定的第一类稳定问题和其次类稳定问题？答：抱负轴心受力构件/偏心受力构件6.7剩余应力、初弯曲、初偏心对轴心压杆承载力的主要影响有哪些？为什么剩余应力在截面的两个主轴方向对承载力的影响不同？答：6.8轴心受力构件的稳定系数I为
什么要按截面分成4类？答：p203由于轴心受压构件稳定承载力和多种因素有关 3、，依据常用的截妞形式，不同加工所产生的剩余应力，经过数理统计和牢靠度分析,依据截面形式、板厚、屈曲方向、和加工条件归纳为4种。6.9局部稳定承载力计算屮，为什么要取较大的长细比？答：p208考虑板的局部失稳不先于杆件的整体失稳的原则oocr，杆件整体失稳计算中ocr=iDf,巾对应的是较大的长细比。6.106.11轴心受压柱的整体稳定性不满足吋，若不增大截面面积，是否可以接受其他措施增加其承载力？答：可以增加侧向支承、改编约束条件〔转变计算长度，见pl95〕6.12实腹式构件轴心压杆需做哪几方面的验算，公式如何？答：强度、刚度、整体稳定、局部稳定6.13格构式轴心压杆计算整体稳定时，对虚轴接受换算长细比表示什么意义？缀条式和缀板式双肢柱的换算长细比计算公式有什么不同？分肢的稳定 4、怎么保证？答：格构式构件缀件较细，初弯曲初偏心等缺陷或者因屈曲对虚轴弯曲变形产生的横向剪力不能忽视，用换算长细比，考虑了缀条变形对临界应力的降低。〔区分：截面为单轴对称的构件在弯矩绕对称主轴时，产生弯扭屈曲，弯扭屈曲的临界应力比弯曲屈曲的临界应力小，故用换算长细比来考虑临界应力的降低，是近似的简化计算〕6.14在计算实腹式拉弯压弯构件强度时，为什么承受动力荷载且需要计算疲乏的与承受静力荷载的公式不同，格构式的为什么也不同？依据什么工作状态来制定的？答：1、需要计算疲乏动力
汽车金属结构件常规疲劳计算规范
汽车金属结构件常规疲劳计算规范 1范围 本标准规定了汽车金庙结枪件常规疲劳计舞的IK述、计算方祛和评价措标本标准适用于本公司卄发的系列弔型汽车金属结构件馬•規疲劳的计 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用足必不可少的。凡足注日期的引用文件，汉所注日期的版本适用于本文件.凡足不注日期的引用文件，Jt屁新版本I包括所有的修改单》适用干本文件. Q/CC SY212—2011应变数据采集试验方法亠 3术语和定义 卜列术语和定义适用于本标冷・ 工作应力WOrking StrCSS 冬构件A服役条件卜-测试部位的应力幅值，叩通过实际采集获得° 3 2 安全系数SafCty factor 零构件材料疲劳强度与服役糸件卜T作应力的比但・ 可壽度系数reliability coefficient 疲劳强度与T∙作应力均值的差隹与疲劳張度与工作应力标冷差的平方和再卄方的比值,也称联結系 3.4 可StfiE reliability 在给定应力与循坏数下个体不被峨坏的百分数，也称存活率。 4槪述 4.1左温度为一15 V-45 9、湿度为10%RH→5%RH的空气介质中的疲劳祢为泮规疲劳“本标准所指的疲劳皆足储规坏壇F, 变倔或朗机酸荷的离周疲劳.
4.2由于金届材料结构和试的影山，材料的机械性能试验数据的离散性足不可避免的，但:Tt变化符合统计规徉.冬构杵疲劳强度的分布规徉一般为疋念分布.零构件所承受的裁荷，由于各种因素的影响也足M以用概率分布曲线來表示•因此在确定安全系数时，必须考世材料强•电及承受载荷的概率分布・ 5计算方法 5.1 MrjfeiI安全系数山按公式⑴Ft⅛x - ^-L- ............................. ⑴ R 式中匸 M—⅛W安全系数：μK——结枷疲劳强度均值：μ・——工作应力均值• 5 2疲劳强度.T作应力眼从止态分布时，应用强度內力十涉锲型，吋得到疲劳银肢与T作应力分布的联结方程公式（2）, 刀一叮卑性•系数・当叮#度一定，川根据标那止态分布表宜表获得（见附录A）,反之计JX得刮ZM也UJia过标准正念分布表査未得到对庶的uj½⅛3 σ K——疲劳强度的标准差： a t——T作应力的标准左. 5 3将（L）、（2）联也叮得公式⑶？ I + Z R J V;+^-Z評:W % ..................... ⑶ 1+ZT町 式中， 卜——强度变异∣>σr∕∕∕r5 V——N力变异系Y数，SP ∕μ o 6评价指标 6.1根据零构件本身疲劳强度数据和实际测at的工作««.通过计算能够^5∣Juf⅛性系数Z.和安全系数m,通过査标准止态分布表町得到相应的可 ⅛∕⅛R≡ 6 2 斗J韋度纤定，PSffi算其T作安全系数m足否人于许用安全系数n（即m人于n） , II-R为设 计值，如没有设计值叮参考1.5・ 6 3当町靠度未纤定，山大于n时，瓦叮⅛⅛Rn也应大干规定值R, R为设计0,如、没有设计值W用參考值97‰ m小干“时，直町靠度也不满足要求&
建筑施工手册： 混凝土结构计算
2-3 混凝土结构计算 2-3-1 混凝土结构基本计算规定 1．结构构件应根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求。分别进行下列计算和验算： （1）承载力及稳定：所有结构构件均应进行承载力（包括失稳）计算，必要时应进行结构的倾覆、滑移及漂浮验算； 处于地震区的结构，尚应进行结构构件抗震的承载力验算； （2）疲劳：直接承受吊车的构件，应进行疲劳强度验算；但直接承受安装或检修用吊车的构件，根据使用情况和设计经验可不作疲劳验算； （3）变形：对使用上需控制变形值的结构构件，应进行变形验算； （4）抗裂及裂缝宽度：对使用上要求不出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；对使用上允许出现裂缝的构件，应进行裂缝宽度验算；对叠合式受弯构件，尚应进行纵向钢筋拉应力验算。 2．结构构件的承载力（包括失稳）计算和倾覆、滑移及漂浮验算，均应采用荷载设计值；疲劳、变形、抗裂及裂缝宽度验算均应采用相应的荷载代表值；直接承受吊车的结构构件，在计算承载力及验算疲劳、抗裂时，应考虑吊车荷载的动力系数。 预制构件尚应按制作、运输及安装时的荷载设计值进行施工阶段的验算。预制构件吊装的验算，应将构件自重乘以动力系数，动力系数可取1.5，但根据构件吊装时受力情况，可适当增减。 对现浇结构，必要时应进行施工阶段的验算。 3．根据建筑结构破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级（表2-37）。 建筑结构的安全等级表2-37 建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同，对其中
部分结构构件和安全等级，可根据其重要程度适当调整，但不得低于三级。 4．受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响进行计算，其计算值不应超过表2-38的限值。 受弯构件的挠度限值表2-38 注：1．如果构件制作时预先起拱，而且使用上也允许，则在验算挠度时，可将计算所得的挠度值减去起拱值。预应力混凝土构件尚可减去预加应力所产生的反拱值。 2．表中括号中的数值，适用于使用上对挠度有较高要求的构件。 3．计算悬臂构件的挠度限值时，其计算跨度l0按实际悬臂长度的2倍取用。 4．表中l0为构件的计算跨度。 5．结构构件正截面的裂缝控制等级分为三级。 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限制见表2-39。 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值表2-39 注：1．表中的规定适用于采用热轧钢筋的钢筋混凝土构件和采用预应力钢丝、钢纹线及热处理钢筋的预应力混凝土构件；当采用其他类别的钢丝或钢筋时，其裂缝控制要求可按专门标准确定； 2．对处于年平均相对湿度小于60%地区一类环境下的受弯构件，其最大裂缝宽度限值可采用括号内的数值； 3．在一类环境下，对钢筋混凝土屋架、托架及需作疲劳验算的吊车梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.2mm；对钢筋混凝土屋面梁和托梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.3mm； 4．在一类环境下，对预应力混凝土屋面梁、托梁、屋架、托架、屋面板和楼板，应按二级裂缝控制等级进行验算；在一类和二类环境下，对需作疲劳验算的预应力混凝土吊车梁，应按一级裂缝控制等级进行验算； 5．表中规定的预应力混凝土构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值仅适用于正截面的验算；预应力混凝土构件的斜截面裂缝控制验算应符合《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）第8章的要求； 6．对于烟囱、筒仓和处于液体压力下的结构构件，其裂缝控制要求应符合专门标准的
机械设计分析思考题及答案
第一章机械设计概论 1，一部完整的机器由哪些部分所组成？各部分的作用是什么？试以汽车为例说明这些组成部分各主要包括些什么？ 答：包括：动力部分，执行部分，控制部分，辅助部分，传动部分。 2,人们常说的机械的含义是什么？机器和机构各指的是什么？ 答：机械是机器和机构的总称。机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高生产率的主要工具。有两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统称为机构。3，什么是部件？什么是零件？什么是构件？ 答：为完成同一使命在结构上组合在在一起并协同工作的零件成为部件。组成机器的不可拆的基本单元称为机械零件。构件是机械系统中实际存在的可更换部分，它实现特定的功能，符合一套接口标准并实现一组接口。 4，什么是通用零件？什么是专用零件？ 答：各种机器中普遍使用的零件称为通用零件。只有在一定类型的机器中使用的零件称为专用零件。 5，什么是标准件？ 答：经过优选，简化，统一并经以标准代号的零件和部件称为标准件。 6：机器设计应满足哪些基本要求？机械零件设计应满足哪些基本设计要求？答：（1），在使用方面，机器应能在给定的工作期限内具有高的工作可靠性，并能始终正常工作；在经济方面，应从机器费用，产品制造成本等多种因素中综合衡量，以能获得最大经济效益的方案为最佳设计方案；机器外观造型应比例协调，大方，给人以时代感，美感，安全感；限制噪声分贝数。（2）工作可靠，又要成本低廉，应正确选择材料，合理规定公差等级以及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。 7,机械零件的计算可分为哪两种？它们大致可包含哪些内容？ 答：可分为设计计算和校核计算两种。设计计算根据零件的工作情况和选定的工作能力准则拟定出安全条件，用计算方法求出零件危险截面的尺寸，然后根据结构与工艺条件和尺寸协调的原则，使结构进一步具体化。校核计算是先参照已有实物，图纸和经验数据初步拟定零件的结构布局和有关尺寸，然后根据工作能力准则核验危险截面是否安全。 第二章机械零件的工作能力和计算准则 1，什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？ 答：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。包括：因强度不足而断裂：过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损，打滑或过热；联接松动；压力容器，管道等的泄漏；运动精度达不到要求等。 2，什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？ 答：零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。对载荷而言的工作能力称为承载能力。 3，什么是静载荷，变载荷，名义载荷，计算载荷？什么是静应力和变应力？答：不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷。随时间作周期性变化或非周期变化的载荷称为变载荷。根据额定功率用力学公式计算出的载荷称为名义载荷。不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力。随时间变化的应力称为变应力。4，稳定循环变应力σmax，σmin，σa，σm，r，五个参数分别代表什么？试
2019曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算说明.doc
材料力学课程设计 设计计算说明书 设计题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算序号: 160 题号: 10 - 16 教学号: 专业: 土木工程（路桥） 姓名： 指导教师：
目录 一、材料力学课程设计的目的—————————2 二、材料力学课程设计的任务和要求——————3 三、设计计算说明书的要求——————————3 四、分析讨论及说明部分的要求————————4 五、程序计算部分的要求———————————4 六、设计题目————————————————5 七、设计内容————————————————6 （一）画出曲柄轴的内力图------------------ 7 （二）设计曲柄颈直径d，主轴颈直径D------- 9 （三）校核曲柄臂的强度--------------------10 （四）校核主轴颈的疲劳强度--------------- 14 （五）用能量法计算A截面的转角----------- 15 （六）计算机程序------------------------- 17 八、设计体会——————————————----21 九、参考文献——————————————----21
一、课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既能对以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合应用，又为后继课程（机械设计、专业课等）得学习打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1、使所学的材料力学知识系统化，完整化。 2、在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问 题。 3、由于选课力求综合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知 识与专业需要结合起来。 4、综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、 理论力学、算法语言等），使相关学科的知识有机地联系起来。
钢结构基本原理作业解答
《钢结构基本原理》作业 判断题 2、钢结构在扎制时使金属晶粒变细，也能使气泡、裂纹压合。薄板辊扎次数多，其性能优于厚板。 正确错误 答案：正确 1、目前钢结构设计所采用的设计方法，只考虑结构的一个部件，一个截面或者一个局部区域的可靠度，还没有考虑整个结构体系的可靠度. 答案：正确 20、柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力应由底板与砼基础间的摩擦力或设置抗剪键承受。 答案：正确 19、计算格构式压弯构件的缀件时，应取构件的剪力和按式计算的剪力两者中的较大值进行计算。 答案：正确 18、加大梁受压翼缘宽度，且减少侧向计算长度，不能有效的增加梁的整体稳定性。 答案：错误 17、当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载，且该处又未设置支承加劲肋时，则应验算腹板计算高度上边缘的局部承压强度。 答案：正确 16、在格构式柱中，缀条可能受拉，也可能受压，所以缀条应按拉杆来进行设计。 答案：错误 15、在焊接连接中，角焊缝的焊脚尺寸愈大，连接的承载力就愈高. 答案：错误 14、具有中等和较大侧向无支承长度的钢结构组合梁，截面选用是由抗弯强度控制设计，而不是整体稳定控制设计。 答案：错误 13、在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度计算是以截面弹性核心几乎完全消失，出现塑性铰时来建立的计算公式。 答案：错误 12、格构式轴心受压构件绕虚轴稳定临界力比长细比相同的实腹式轴心受压构件低。
原因是剪切变形大，剪力造成的附加绕曲影响不能忽略。 答案：正确 11、轴心受力构件的柱子曲线是指轴心受压杆失稳时的临界应力与压杆长细比之间的关系曲线。 答案：正确 10、由于稳定问题是构件整体的问题，截面局部削弱对它的影响较小，所以稳定计算中均采用净截面几何特征。 答案：错误 9、无对称轴截面的轴心受压构件，失稳形式是弯扭失稳。 答案：正确 8、高强度螺栓在潮湿或淋雨状态下进行拼装，不会影响连接的承载力，故不必采取防潮和避雨措施。 答案：错误 7、在焊接结构中，对焊缝质量等级为3级、2级焊缝必须在结构设计图纸上注明，1级可以不在结构设计图纸中注明。 答案：错误 6、冷加工硬化，使钢材强度提高，塑性和韧性下降，所以普通钢结构中常用冷加工硬化来提高钢材强度。（） 答案：错误 5、合理的结构设计应使可靠和经济获得最优平衡，使失效概率小到人们可以接受程度。（） 答案：正确 4、钢结构设计除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算。（） 答案：正确 3、钢材缺口韧性值受温度影响，当温度低于某值时缺口韧性值将急剧升高。（） 答案：错误 一、名词解释 1、塑性：钢材的塑性为应力超过屈服点后，试件产生明显的残余塑性变形而不断裂的性质。
螺栓疲劳强度计算分析讲解
螺栓疲劳强度计算分析 摘要：在应力理论、疲劳强度、螺栓设计计算的理论基础之上，以疲劳强度计算所采取的三种方法为依据，以汽缸盖紧螺栓连接为研究对象，进行本课题的研究。假设汽缸的工作压力为0~1N/mm2=之间变化，气缸直径D2=400mm，螺栓材料为5.6级的35钢，螺栓个数为14，在F〞=1.5F，工作温度低于15℃这一具体实例进行计算分析。利用ProE建立螺栓连接的三维模型及螺杆、螺帽、汽缸上端盖、下端盖的模型。先以理论知识进行计算、分析，然后在分析过程中借助于ANSYS有限元分析软件对此螺栓连接进行受力分析，以此验证设计的合理性、可靠性。经过近几十年的发展，有限元方法的理论更加完善，应用也更广泛，已经成为设计，分析必不可少的有力工具。然后在其分析计算基础上，对于螺栓连接这一类型的连接的疲劳强度设计所采取的一般公式进行分类，进一步在此之上总结。 关键词：螺栓疲劳强度，计算分析，强度理论，ANSYS 有限元分析。
Bolt fatigue strength analysis Abstract: In stress fatigue strength theory，bolt，design calculation theory foundation to fatigue strength calculation for the three methods adopted according to the cylinder lid，fasten bolt connection as the object of research，this topic research. Assuming the cylinder pressure of work is 0 ~ 1N/mm2 changes，cylinder diameters between = = 400mm，bolting materials D2 for ms5.6 35 steel，bolt number for 14，in F "= 1.5 F below 15 ℃，the temperature calculation and analysis of concrete examples. Using ProE establish bolt connection three-dimensional models and screw，nut，cylinder under cover，cover model. Starts with theoretical knowledge calculate，analysis，and then during analysis，ANSYS finite element analysis software by this paper analyzes forces bolt connection，to verify the rationality of the design of and reliability. After nearly decades of development，the theory of finite element method is more perfect，more extensive application，has become an indispensable design，analysis the emollient tool. Then in its analysis and calculation for bolt connection，based on the type of connection to the fatigue strength design of the general formula classification，further on top of this summary. Keywords: bolt fatigue strength，calculation and analysis，strength theory，ANSYS finite elements analysis.