IWE动载焊接结构的强度及其设计(工程师-2)解析课件.ppt

1、2 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度IWS-3/3.9-5/18 三、三、影响焊接接头疲劳强度的因素影响焊接接头疲劳强度的因素 影响基本金属疲劳强度的因素（如应力集中、影响基本金属疲劳强度的因素（如应力集中、截面尺寸、表面状态、加载情况、介质等因截面尺寸、表面状态、加载情况、介质等因素），同样对焊接结构的疲劳强度有影响。素），同样对焊接结构的疲劳强度有影响。除此之外焊接结构本身的一些特点，例如焊除此之外焊接结构本身的一些特点，例如焊接结构的接结构的应力集中应力集中，接头部位，接头部位近缝区性能的改近缝区性能的改变变，焊接残余应力焊接残余应力等也可能对焊接结构疲劳强等也可能对焊接

2、结构疲劳强度发生影响，下面探讨这些因素的影响。度发生影响，下面探讨这些因素的影响。2 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度（一）应力集中的影响一）应力集中的影响 焊接结构中，不同的焊接接头形式和形状，由于在焊接结构中，不同的焊接接头形式和形状，由于在接头部位具有不同的应力集中，对接头的疲劳强度发接头部位具有不同的应力集中，对接头的疲劳强度发生程度不同的不利影响。生程度不同的不利影响。1、对接接头对接接头由于形状变化不大，因此其应力集中比由于形状变化不大，因此其应力集中比其他形式接头要小，只是焊缝加强高和过渡角处会使其他形式接头要小，只是焊缝加强高和过渡角处会使接头疲劳强度下降。接头

3、疲劳强度下降。2、丁字和十字接头丁字和十字接头，由于在焊缝向基本金属过渡处，由于在焊缝向基本金属过渡处有明显的截面变化，其应力集中系数比对接接头的高，有明显的截面变化，其应力集中系数比对接接头的高，因此其疲劳强度远低于对接接头，未开坡口的角焊缝因此其疲劳强度远低于对接接头，未开坡口的角焊缝的十字接头，当焊缝传递工作应力时，其疲劳断裂发的十字接头，当焊缝传递工作应力时，其疲劳断裂发生母材与焊缝趾端交界处和焊缝上的薄弱环节上。生母材与焊缝趾端交界处和焊缝上的薄弱环节上。IWS-3/3.9-5/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 图图13为两种钢材十字接头疲劳强度图，实线为两种

4、钢材十字接头疲劳强度图，实线代表疲劳强度是按断裂在母材计算的，虚线是代表疲劳强度是按断裂在母材计算的，虚线是 按断裂在焊缝计算的。按断裂在焊缝计算的。由图可看出合金钢对应由图可看出合金钢对应力集中比较敏感，在这力集中比较敏感，在这种情况下，采用低合金种情况下，采用低合金钢对疲劳强度并没有优钢对疲劳强度并没有优越性，此外增加焊缝尺越性，此外增加焊缝尺寸对提高疲劳强度仅仅寸对提高疲劳强度仅仅在一定范围内才有效。在一定范围内才有效。1-11r1002003004000500低合金锰钢低合金锰钢低碳钢低碳钢母材母材焊缝焊缝IWS-3/3.9-5/183 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度

5、 图图14为开坡口焊缝的低碳钢十字接头疲劳强为开坡口焊缝的低碳钢十字接头疲劳强度图，其疲劳强度有较大提高。度图，其疲劳强度有较大提高。1-11r1002003004000500开破口开破口不开破口不开破口机加工机加工未加工未加工IWS-3/3.9-5/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 图图15为焊缝不承受工作应力的低碳钢丁字和为焊缝不承受工作应力的低碳钢丁字和十字接头的疲劳强度。十字接头的疲劳强度。丁字接头和经过机丁字接头和经过机 械加工的接头具有械加工的接头具有 较高的疲劳强度。较高的疲劳强度。1-11002003004000500联系焊缝联系焊缝工作焊缝工作焊缝丁字

6、丁字十字十字0rIWS-3/3.9-5/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 3、搭接接头的疲劳强度是很低的搭接接头的疲劳强度是很低的 34%49%100%51%49%40%侧面焊缝1:11:3.81:21:2表面加工对接盖面表面加工IWS-3/3.9-6/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 仅有侧面焊缝的搭接接头（仅有侧面焊缝的搭接接头（a），），其疲劳强度其疲劳强度最低，只达到基本金属的最低，只达到基本金属的34%。正面焊缝的搭。正面焊缝的搭接接头的焊脚从接接头的焊脚从1:1、1:2、1:3.8其疲劳强度从其疲劳强度从40%(b)，49%(c),5

7、1%(d表面加工表面加工)和和100%（e表面加工）。表面加工）。采用所谓加强盖板的对接接头是极不合理采用所谓加强盖板的对接接头是极不合理的。由图的。由图16(f)试验结果表明，原来疲劳强度较试验结果表明，原来疲劳强度较高的对接接头被大大削弱了，只有其一半。高的对接接头被大大削弱了，只有其一半。IWS-3/3.9-6/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度（二）近缝区金属性能变化的影响二）近缝区金属性能变化的影响 试验研究表明，在常用的线能量下，低碳钢焊试验研究表明，在常用的线能量下，低碳钢焊缝、热影响区和基本金属的疲劳强度相当接近，缝、热影响区和基本金属的疲劳强度相当接近，

8、其近缝区金属机械性能变化对对接接头的疲劳强其近缝区金属机械性能变化对对接接头的疲劳强度影响较小。度影响较小。低合金钢的情况比较复杂的，在热循环作用下，低合金钢的情况比较复杂的，在热循环作用下，热影响区的机械性能变化比低碳钢大，但在有应热影响区的机械性能变化比低碳钢大，但在有应力集中或无应力集中时都对疲劳强度影响不大，力集中或无应力集中时都对疲劳强度影响不大，试验还表明，材料的性能对疲劳裂纹扩展速率有试验还表明，材料的性能对疲劳裂纹扩展速率有一定的影响，但不太大。一定的影响，但不太大。在实际焊接结构中，如果热影响区的尺寸不大，在实际焊接结构中，如果热影响区的尺寸不大，就不会降低焊接接头的疲劳强度

9、。就不会降低焊接接头的疲劳强度。IWS-3/3.9-6/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 （三）残余应力的影响三）残余应力的影响 内应力对疲劳强度的影响，从理论上可以看出，内应力对疲劳强度的影响，从理论上可以看出，当有内应力时，当应力盾环中最大应力当有内应力时，当应力盾环中最大应力max 到达到达 s时，内应力将因应力全面达到屈服而消除，所以时，内应力将因应力全面达到屈服而消除，所以当当m达到一定数值时（即达到一定数值时（即m+a=s），），内应力对内应力对疲劳强度将没有影响，当疲劳强度将没有影响，当m小于此值时，则小于此值时，则m越越小，内应力的影响愈显著。小，内应力

10、的影响愈显著。从焊接接头的疲劳强度结果表明焊接应力对疲从焊接接头的疲劳强度结果表明焊接应力对疲劳强度的影响与应力盾环特征系数劳强度的影响与应力盾环特征系数有关，有关，越小越小（负数），使疲劳强度降低，影响疲劳强度越严（负数），使疲劳强度降低，影响疲劳强度越严重，此外重，此外 应力集中越严重处其内应力的影响也更应力集中越严重处其内应力的影响也更为突出。为突出。IWS-3/3.9-7/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度（四）缺陷的影响四）缺陷的影响焊接缺陷对疲劳强度的影响大小与缺陷的种类、焊接缺陷对疲劳强度的影响大小与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关。尺寸、方向和位置有关。1

11、、缺陷形状缺陷形状：片状缺陷（如裂缝、未熔合、：片状缺陷（如裂缝、未熔合、未焊透）比带圆角的缺陷（如气孔等）影响大。未焊透）比带圆角的缺陷（如气孔等）影响大。2、缺陷位置：缺陷位置：表面缺陷比内部缺陷影响大。表面缺陷比内部缺陷影响大。3、缺陷受力方向缺陷受力方向与作用力方向垂直的片状缺与作用力方向垂直的片状缺陷的影响比其它方向的大。陷的影响比其它方向的大。IWS-3/3.9-7/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 4、位于残余拉应力区内的缺陷的影响比在残、位于残余拉应力区内的缺陷的影响比在残余压应力区的大。余压应力区的大。5、位于应力集中区的缺陷（如焊趾部裂纹）、位于应力

12、集中区的缺陷（如焊趾部裂纹）的影响比在均匀应力场中同样缺陷影响大。的影响比在均匀应力场中同样缺陷影响大。6、材料影响材料影响，缺陷对缺口敏感性强的疲劳强，缺陷对缺口敏感性强的疲劳强度的影响比一般缺口敏感材料疲劳强度影响要度的影响比一般缺口敏感材料疲劳强度影响要大，所以高强钢强度高而实际其疲劳强度并没大，所以高强钢强度高而实际其疲劳强度并没有提高很多。有提高很多。IWS-3/3.9-7/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 四、提高焊接结构疲劳强度措施四、提高焊接结构疲劳强度措施 （一）降低构件中的应力集中系数（一）降低构件中的应力集中系数 结构中的应力集中是降低焊接结构疲劳

13、强结构中的应力集中是降低焊接结构疲劳强度的最主要的因素，在结构设计中减少应力集度的最主要的因素，在结构设计中减少应力集中甚至比确定疲劳设计应力还重要。只有当焊中甚至比确定疲劳设计应力还重要。只有当焊接接头和结构设计合理，焊接工艺完善，焊缝接接头和结构设计合理，焊接工艺完善，焊缝金属质量良好时，才能保证焊接接头和结构具金属质量良好时，才能保证焊接接头和结构具有较高的疲劳强度，一般可以采取下列措施：有较高的疲劳强度，一般可以采取下列措施：IWS-3/3.9-7/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度 1、采用合理的构件结构形式，减少应力集中，、采用合理的构件结构形式，减少应力集中

14、，以提高疲劳强度；以提高疲劳强度；2、合理地选择接头形式，尽量采用应力集中、合理地选择接头形式，尽量采用应力集中系数小的对接接头，焊缝形状过平缓，采用连系数小的对接接头，焊缝形状过平缓，采用连续焊缝比断续焊缝有利，尽量少采用角焊缝；续焊缝比断续焊缝有利，尽量少采用角焊缝；3、当采用角焊缝时（不可避免）须采取综合、当采用角焊缝时（不可避免）须采取综合措施；机械加工焊缝端部，合理选择角接板形措施；机械加工焊缝端部，合理选择角接板形状，保证焊缝根部焊透等；状，保证焊缝根部焊透等；4、用表面机械加工的方法消除焊缝及其附近、用表面机械加工的方法消除焊缝及其附近的各种刻槽，来降低接头应力集中程度。的各种刻

15、槽，来降低接头应力集中程度。IWS-3/3.9-7/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度（二）提高焊接结构疲劳强度的工艺措施二）提高焊接结构疲劳强度的工艺措施1、在工艺上应正确选择焊接规范，保证焊缝、在工艺上应正确选择焊接规范，保证焊缝良好成形和内、外部没有缺陷；良好成形和内、外部没有缺陷；2、TIG电弧整形，可以大幅度提高焊接接头的电弧整形，可以大幅度提高焊接接头的疲劳强度；疲劳强度；3、调整残余应力场，消除接头的应力集中处、调整残余应力场，消除接头的应力集中处的残余压应力均可以提高接头的疲劳强度，其的残余压应力均可以提高接头的疲劳强度，其方法可以分为两类：方法可以分为两

16、类：（1）结构和元件的整体处理，包括整体退火）结构和元件的整体处理，包括整体退火或超载予拉伸法；或超载予拉伸法；IWS-3/3.9-5/182 焊接接头和结构的疲劳强度焊接接头和结构的疲劳强度IWE-T/3.3-11/29（2）对接头部位局部处理，即在接头某部位采用）对接头部位局部处理，即在接头某部位采用加热、辗压、局部爆炸等方法，使接头应力集中加热、辗压、局部爆炸等方法，使接头应力集中处产生残余压应力。处产生残余压应力。4、改善材料的机械性能、改善材料的机械性能 表面强化处理，用小轮挤压或锺轻打焊缝表面表面强化处理，用小轮挤压或锺轻打焊缝表面及过渡区，或用小钢丸喷射焊缝区都可提高接头及过渡区

17、，或用小钢丸喷射焊缝区都可提高接头的疲劳强度。的疲劳强度。（三）特殊保护措施一塑性涂层（三）特殊保护措施一塑性涂层 采用特殊的塑料涂层改善焊接接疲劳性能是一种采用特殊的塑料涂层改善焊接接疲劳性能是一种新技术，其效果较显著，正在进一步研究予以应新技术，其效果较显著，正在进一步研究予以应用。用。IWS-3/3.9-7/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计 一、焊接结构疲劳强度设计的一般原则一、焊接结构疲劳强度设计的一般原则 根据焊接结构的特点和大量实际焊接结构设根据焊接结构的特点和大量实际焊接结构设计的实践经验，得出在焊接结构疲劳强度设计计的实践经验，得出在焊接结构疲劳强度设计时应予以考虑

18、的准则：时应予以考虑的准则：1.承受拉伸、弯曲和扭转的构件应采用长而圆承受拉伸、弯曲和扭转的构件应采用长而圆滑的过渡结构以减少刚度的突然变化；滑的过渡结构以减少刚度的突然变化；2.优先选用对接焊缝，尽可能少用角焊缝；优先选用对接焊缝，尽可能少用角焊缝；3.采用角焊缝时最好用双面角焊缝，避免使用采用角焊缝时最好用双面角焊缝，避免使用单面焊缝；单面焊缝；IWS-3/3.9-7/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计4.采用带有搭接盖板的搭接接头，尽可能不用采用带有搭接盖板的搭接接头，尽可能不用偏心搭接；偏心搭接；5.使焊缝（特别是焊趾、焊缝根部和焊缝端部）使焊缝（特别是焊趾、焊缝根部和焊缝端

19、部）位于低应力区（例如弯曲时中性带、承受小弯位于低应力区（例如弯曲时中性带、承受小弯矩的部分区域、孔边缘上使缺口应力为零的地矩的部分区域、孔边缘上使缺口应力为零的地方、过渡段和转角以外的部位），使各因素引方、过渡段和转角以外的部位），使各因素引起的缺口效应分散而避免使其叠加；起的缺口效应分散而避免使其叠加；6.在焊趾缺口、焊缝根部缺口和焊缝端部缺口在焊趾缺口、焊缝根部缺口和焊缝端部缺口之前或之后（处于力流之中）设置一些缓冲缺之前或之后（处于力流之中）设置一些缓冲缺口以消除或降低上述缺口部位的应力；口以消除或降低上述缺口部位的应力；IWS-3/3.9-8/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的

20、设计 7.承受横向弯曲的构件应缩短支承间距以减少承受横向弯曲的构件应缩短支承间距以减少弯矩弯矩；8.横向力应作用于剪切中心之上，以减少扭横向力应作用于剪切中心之上，以减少扭矩；矩；9.承受拉伸与弯曲的构件如需加强，则加强承受拉伸与弯曲的构件如需加强，则加强件长度应小。以减小加强对于构件变形的拘束；件长度应小。以减小加强对于构件变形的拘束；10.在薄板范围内合理部位布置焊缝，以减轻在薄板范围内合理部位布置焊缝，以减轻弯曲变形；避免能扰乱力流的开口，但与力流弯曲变形；避免能扰乱力流的开口，但与力流垂直的加强筋板角部应切除（加强筋板切角）；垂直的加强筋板角部应切除（加强筋板切角）；11.在特别危险的

21、部位以螺栓接头或铆接接头、在特别危险的部位以螺栓接头或铆接接头、锻造连接件代替焊接接头（又可便于装配）等锻造连接件代替焊接接头（又可便于装配）等 IWS-3/3.9-8/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计二、焊接钢结构疲劳强度设计计算二、焊接钢结构疲劳强度设计计算（一）我国钢结构的标准（一）我国钢结构的标准 我国现行钢结构的标准我国现行钢结构的标准GB-17-88与原设计规与原设计规范范TL17-74相比，在钢结构疲劳强度计算中作相比，在钢结构疲劳强度计算中作了一些改动，在原设计规范中，基本金属和连了一些改动，在原设计规范中，基本金属和连接的疲劳计算采用接的疲劳计算采用疲劳许用应力法

22、疲劳许用应力法进行。在进行。在GB-17-18的疲劳计算中采用的疲劳计算中采用容许应力范围容许应力范围方法；方法；应力按弹性状态计算。应力按弹性状态计算。容许应力范围按构件和连接类别以及应力循容许应力范围按构件和连接类别以及应力循环次数确定。如表环次数确定。如表1所示所示(见资料见资料）。）。IWS-3/3.9-8/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计同时还规定：同时还规定：（1）在应力循环中不出现拉应力的部位可不）在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳强度；计算疲劳强度；（2）本计算不适用于特殊条件（如构件表面）本计算不适用于特殊条件（如构件表面温度高于温度高于150，构件处于海

23、水腐蚀环境，焊，构件处于海水腐蚀环境，焊后热处理消除焊接残余应力以及低周高应变疲后热处理消除焊接残余应力以及低周高应变疲劳条件等）的结构元件及其连接的疲劳计算。劳条件等）的结构元件及其连接的疲劳计算。IWS-3/3.9-8/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计 标准中规定对标准中规定对常幅疲劳常幅疲劳（所有应力循环内的应力范（所有应力循环内的应力范围保持常量），应按下式进行计算：围保持常量），应按下式进行计算：式中：式中：-对焊接部位为应力范围对焊接部位为应力范围 对非焊接部位为折算应力范围对非焊接部位为折算应力范围 -常幅疲劳的容许应力范围（常幅疲劳的容许应力范围（Mpa）应按下式计

24、算：应按下式计算：式中：式中：n-应力循环次数；应力循环次数；c、-常数，根据常数，根据表表1中的类别按中的类别按表表2计算。计算。minmaxminmax7.01ncIWS-3/3.9-8/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-13/29 对于重级工作制吊车梁和重级、中级工作制对于重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架的疲劳吊车桁架的疲劳，可作为常幅疲劳按下式计算：，可作为常幅疲劳按下式计算：式中：式中：af 欠载效应的等效系数（欠载效应的等效系数（按表按表3采用采用）-循环次数循环次数n为为2106次的容许应力范次的容许应力范围（围（按表按表4采用采用）610

25、2fa6102IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-13/29 对对变幅疲劳变幅疲劳（按应力循环内的应力范围随机（按应力循环内的应力范围随机变化），若能测出结构在使用寿命期间各种载变化），若能测出结构在使用寿命期间各种载荷的荷的频率分布频率分布、应力范围水平应力范围水平以及以及频次分布总频次分布总和和所构成设计应力谱所构成设计应力谱，则可将其折算为则可将其折算为等效常等效常幅疲劳幅疲劳，并按下式进行计算：，并按下式进行计算：式中：式中：e -变幅疲劳的等效应力范围，变幅疲劳的等效应力范围，eIWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载

26、焊接结构的设计IWE-T/3.3-13/29 e 按下式确定：按下式确定：i 第第i级应力范围；级应力范围；以应力循环次数表示的结构预期使以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；用寿命；ni 预期寿命内应力范围水平达到预期寿命内应力范围水平达到i的应力循环次数。的应力循环次数。in1iiien)(nIWS-3/3.9-5/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29（二）欧洲钢结构协会（二）欧洲钢结构协会（ECCS）的钢结构疲的钢结构疲劳设计规范劳设计规范 本规范为承受疲劳载荷钢结构的评估、制造、本规范为承受疲劳载荷钢结构的评估、制造、检查和维修，提供了系统的原理和方

27、法，该文检查和维修，提供了系统的原理和方法，该文稿受到在相关领域工作的大多数国际组织的审稿受到在相关领域工作的大多数国际组织的审核，并 已 作 为核，并 已 作 为 “第 三 本 欧 洲 规第 三 本 欧 洲 规范范”“”“Eurocode3”钢结构设计一书第九章钢结构设计一书第九章“疲疲劳劳”的基本资料。的基本资料。结构可以承受应力循环次数取决于：公称应结构可以承受应力循环次数取决于：公称应力范围及特定结构构件的细节类型。具体地讲力范围及特定结构构件的细节类型。具体地讲可以解析地以下式表示可以解析地以下式表示：（用于强度低于（用于强度低于700Mpa的材料）的材料）IWS-3/3.9-11/

28、183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计 式中：式中：R-本规范中给出的在给定应力循环次数本规范中给出的在给定应力循环次数下，以应力范围定义的疲劳强度（下，以应力范围定义的疲劳强度（如图如图18所示所示）。）。rm和和 rs 分别为考虑疲劳强度和载荷的安全系数。分别为考虑疲劳强度和载荷的安全系数。对疲劳强度对疲劳强度R选取的安全系数选取的安全系数rm，应反映由于局应反映由于局部应力集中、细节尺寸、冶金效应、剩余应力、裂纹部应力集中、细节尺寸、冶金效应、剩余应力、裂纹形状和焊接工序变化等而造成的给定结构细节的疲劳形状和焊接工序变化等而造成的给定结构细节的疲劳强度不稳定性。强度不稳定性。rs与

29、构件设计中所选用的载荷大小、应力循环次与构件设计中所选用的载荷大小、应力循环次数、设计应力谱的等效常幅化有关。该二系数数、设计应力谱的等效常幅化有关。该二系数rm、rs适用于在设计中根据结构特性取值，但不应小于适用于在设计中根据结构特性取值，但不应小于1。ssmRrrIWS-3/3.9-12/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计105106107108105 限截止限slope m=5.0052slope m=3.00Limit by material S-N curve横幅疲劳限细节类型160140125112901005045406371805636 log RlogNIWS-3/

30、3.9-12/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29 该图中在双对数坐标上绘出一平行等距直线该图中在双对数坐标上绘出一平行等距直线表示的不同接头类型的疲劳强度，即把纵坐标表示的不同接头类型的疲劳强度，即把纵坐标刻度分为刻度分为20级（在级（在1001000Mpa之间），每之间），每一级大约有一级大约有12的疲劳强度区别。的疲劳强度区别。具体可用下式表达：具体可用下式表达：式中的式中的R可由可由表表查出。查出。mRCNRmCNlogloglogIWS-3/3.9-12/183 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29 要说明的是：要说明的

31、是：第一：第一：表中的细节类型号（如表中的细节类型号（如160,140）是寿命为是寿命为N=2106次应力循环时次应力循环时R的值。它的值。它与与表表4-6的细节类型号相呼应；另外把图中的细节类型号相呼应；另外把图中的常幅疲劳极限定义为寿命为的常幅疲劳极限定义为寿命为5106次应力循次应力循环时的疲劳强度，当构件全部应力范围低于该环时的疲劳强度，当构件全部应力范围低于该常幅疲劳强度时。无需进行疲劳计算。常幅疲劳强度时。无需进行疲劳计算。第二：第二：截止限定义寿命为截止限定义寿命为10次应力循环时次应力循环时的疲劳强度，所有低于截止限的应力范围。可的疲劳强度，所有低于截止限的应力范围。可略去不计

32、。略去不计。IWS-3/3.9-12/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29 第三：第三：图中各疲劳强度的平行线。其图中各疲劳强度的平行线。其m值为值为。另外，图中疲劳强度曲线是以板厚为。另外，图中疲劳强度曲线是以板厚为mm的式样实验获得的。当板厚超过的式样实验获得的。当板厚超过mm时。时。可用下式估算强度。可用下式估算强度。式中式中:Rc-细节校正后的疲劳强度；细节校正后的疲劳强度；R未经校正过的的疲劳强度。未经校正过的的疲劳强度。B -板厚（板厚（mm）。）。BRRc254IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.

33、3-9/29第四，第四，切应力疲劳强度曲线，通常此种疲劳失切应力疲劳强度曲线，通常此种疲劳失效时裂纹扩展是沿角焊缝截面（最大高度。效时裂纹扩展是沿角焊缝截面（最大高度。104105106107108109截止限slope m=5.0052分类80 log RlogN截面）进行的，截面）进行的，此时此时m取为，取为，截止限仍为截止限仍为108 次应力循环，但次应力循环，但没有常幅疲劳限，没有常幅疲劳限，如如图图19所示。所示。表表11为切应力疲劳为切应力疲劳强度强度R的数值的数值IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29设计应力范围设计应力范

34、围e,可采用可采用Miner的累加法则计算的累加法则计算式中：式中：K 为应力谱中不同应力范围的总数；为应力谱中不同应力范围的总数；ni 对应于应力范围的对应于应力范围的i应力循环次数；应力循环次数；N设计寿命期间内所有应力范围下的循环数设计寿命期间内所有应力范围下的循环数的总和；的总和；i 第第i级应力范围值。级应力范围值。mkiimieNn/11IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29 注意本规范只适用于屈服点低于注意本规范只适用于屈服点低于700Mpa的各的各种等级的结构钢，规范不适用于低周种等级的结构钢，规范不适用于低周-高应变疲

35、高应变疲劳；即任一标称应力范围超过屈服点劳；即任一标称应力范围超过屈服点S的的1.5倍倍时，不能采用本疲劳评估程序。时，不能采用本疲劳评估程序。另外本规范没有考虑由于腐蚀而引起的疲劳强另外本规范没有考虑由于腐蚀而引起的疲劳强度降低，服役温度高于度降低，服役温度高于150的结构也不能采的结构也不能采用本规范进行疲劳评估。用本规范进行疲劳评估。IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29（三）国际焊接学会的循环加载焊接钢结构的三）国际焊接学会的循环加载焊接钢结构的设计规范设计规范(IIW.Doc 639-81)该疲劳强度设计规范适用于焊态的屈服点

36、低该疲劳强度设计规范适用于焊态的屈服点低于于700Mpa的碳钢、碳锰钢和细晶粒钢调质钢的碳钢、碳锰钢和细晶粒钢调质钢材的焊接接头。它不针对某一具体产品，也不材的焊接接头。它不针对某一具体产品，也不适用在严重腐蚀介质下工作的焊接构件。适用在严重腐蚀介质下工作的焊接构件。该规范的出发点是焊接结构的疲劳寿命依赖于该规范的出发点是焊接结构的疲劳寿命依赖于结构内各焊接接头的疲劳强度，而焊接接头的结构内各焊接接头的疲劳强度，而焊接接头的疲劳强度主要决定于施加的应力范围和接头类疲劳强度主要决定于施加的应力范围和接头类别所决定的应力集中情况。别所决定的应力集中情况。IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构

37、的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/291、疲劳强度评定程序疲劳强度评定程序 首先根据载荷的历程编制结构工作状态的各个首先根据载荷的历程编制结构工作状态的各个接头的应力谱，再根据本规范提供的相关曲线，接头的应力谱，再根据本规范提供的相关曲线，采用适当的损伤累积理论方法计算在此工作应采用适当的损伤累积理论方法计算在此工作应力谱下各个接头的疲劳寿命，则可以考虑采用力谱下各个接头的疲劳寿命，则可以考虑采用本接头形式、类别。本接头形式、类别。应当指出，对于应力范围保持不变的常幅载荷，应当指出，对于应力范围保持不变的常幅载荷，作为特例其计算程序为把本标准的各有关作为特例其计算程序为把本标准的

38、各有关S-N曲线所给定的寿命与需求的寿命直接进行比较。曲线所给定的寿命与需求的寿命直接进行比较。判断接头接纳与否的程序流程为：判断接头接纳与否的程序流程为：IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29载荷历程载荷历程应力谱应力谱焊接接头细部类别焊接接头细部类别相关的S-N曲线相关的S-N曲线损伤累计计算损伤累计计算推算寿命推算寿命与需求的寿命比较与需求的寿命比较IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/291 2、程序中主要内容程序中主要内容（1）应力计算）应力计算:接头中的应力一般就为法向接

39、头中的应力一般就为法向应力，在焊缝附近如有开孔、拐角应力集中因应力，在焊缝附近如有开孔、拐角应力集中因素时，计算中应予考虑。这是因为在本规范的素时，计算中应予考虑。这是因为在本规范的接头内型中未考虑这一因素。接头内型中未考虑这一因素。（2）S-N曲线曲线:本疲劳设计规范的数据是建立本疲劳设计规范的数据是建立在焊接试样的常幅疲劳试验基础上的，在焊接试样的常幅疲劳试验基础上的，S-N曲曲线一双对数坐标表示，其关系式为线一双对数坐标表示，其关系式为 N=c/mIWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29 各条各条S-N曲线具有相同的曲线具有相同的m

40、值（斜率），因而值（斜率），因而C值变值变化，决定了化，决定了S-N曲线的位置。研究表明曲线的位置。研究表明m值在值在3-4之间之间变化。本标准给出了变化。本标准给出了m=3和和m=5两组曲线（见两组曲线（见图图20）。）。在在210循环处相交。循环处相交。同时认为同时认为N=B/m的条件为静载条件，因而毋需进行的条件为静载条件，因而毋需进行疲劳强度计算，如果应力范围单位为疲劳强度计算，如果应力范围单位为Mpa，则则 B=71010 对于对于m=3 B=41011 对于对于m=3.5 另外，如果应力范围低于疲劳极限时（另外，如果应力范围低于疲劳极限时（5108 循环时循环时的疲劳强度），亦不需

41、进行疲劳强度计算。的疲劳强度），亦不需进行疲劳强度计算。IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/29表表12接头细节分类是按接头细节分类是按2106次循环次数的应次循环次数的应力范围值表示的，它同时也标注在图力范围值表示的，它同时也标注在图20的各条的各条S-N曲线上。换句话说各条曲线上。换句话说各条S-N曲线上均标明不曲线上均标明不同接头细节的同接头细节的2106次循环次数的应力范围或次循环次数的应力范围或疲劳强度值（疲劳强度值（Mpa），），供设计人员参考。供设计人员参考。另外表另外表12上的箭头指出需要计算应力的部位。上的箭头指出需要计

42、算应力的部位。各接头细节各接头细节S-N曲线在曲线在N=2106 次循环下和相次循环下和相应的应力范围条件下按公式计算的应的应力范围条件下按公式计算的c值列于值列于表表13中。中。IWS-3/3.9-5/184 动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计IWE-T/3.3-9/2913、积累计算积累计算 在按有关标准规则，或根据工作载荷或依赖类在按有关标准规则，或根据工作载荷或依赖类似结构的数据编制出载荷谱后，一般将其循环似结构的数据编制出载荷谱后，一般将其循环次数表示，采用次数表示，采用Palmgren-Miner规则进行积累规则进行积累损伤计算，即损伤计算，即式中：式中：ni 载荷谱中应力范围为载荷谱中应力范围为i的循环次数；的循环次数；Ni 根据相关接头细节得到的常幅应力范围根据相关接头细节得到的常幅应力范围i的疲的疲劳寿命。劳寿命。12211NiniNnNnIWS-3/3.9-5/18