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基于累积损伤理论的焊接球节点网架结构疲劳寿命估算

刘晓娟  
【摘要】: 随着近年来空间结构的迅速发展,在悬挂吊车作用下焊接空心球节点网架结构的广泛应用,网架的疲劳问题引起了国内外学术界和工程界的广泛关注;研究表明网架结构的疲劳主要是网架中焊接空心球节点的疲劳,所以网架焊接空心球节点的疲劳问题成为主要研究内容,而疲劳问题最终在于疲劳寿命的确定,疲劳寿命的确定一般有两种办法,一种是通过实验来确定,一种是利用合适的疲劳寿命估算公式来确定。由于疲劳试验周期长、耗资大并且其影响因素众多,所以找出合理的估算公式和估算方法十分重要。 本文对已有的累积损伤理论公式及研究成果进行归纳汇总,结合实验数据,对焊接空心球节点的疲劳寿命进行估算。 1累积损伤公式计算疲劳寿命 在常幅数据拟合的基础上,应用累积损伤公式进行变幅寿命估算。通过对已有的累积损伤公式的适用性进行对比分析,得出4种实用的累积损伤理论:Miner理论,修正Miner理论,Manson双线性理论和Corten-Dolan理论,结合变幅试验数据进行计算。对比分析4种理论的计算结果,剔除Manson双线性理论,并给出了其余3种理论的限值及其分布区间。 2有限元方法计算疲劳寿命 采用疲劳分析软件Msc.fatigue进行疲劳寿命估算。 1)采用Msc.fatigue进行常幅疲劳寿命估算,生成寿命云图,可直观呈现整个构件的疲劳寿命分布;与实际的破坏情况吻合,得出规律性,定量估算疲劳寿命。 2)采用Msc.fatigue进行变幅疲劳寿命估算,对比分析有限元法与公式计算结果的差别;采用名义应力法估算疲劳寿命,生成寿命云图,可直观呈现整个构件的疲劳寿命分布;与实际的破坏情况吻合,得出规律性,定量估算疲劳寿命。 3疲劳影响因素分析 分析了应力集中、平均应力、少数极高应力、应力次序、加载方式、低疲应力、应力循环特征、间歇时间、加工缺陷及安装误差、重复循环块的大小、内部缺陷、载荷形式以及材料本身对疲劳寿命的影响。


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