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淺談鋼結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)及性能檢測(cè)
2020-09-27 09:49 西安鋼結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)公司
疲勞是指材料在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下發(fā)生的局部累積損傷,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)發(fā)生失效,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。發(fā)生疲勞破壞時(shí),截面上的應(yīng)力低于鋼材的極限強(qiáng)度。甚至低于屈服強(qiáng)度,同時(shí)疲勞破壞時(shí)的塑性變形很小,具有突發(fā)性,斷裂速度接近于2000m/s,危險(xiǎn)性較大,鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞屬于高周低應(yīng)變疲勞,即應(yīng)變幅較小,但循環(huán)次數(shù)較多,如吊車(chē)梁的疲勞破壞。
從理論上說(shuō),如果無(wú)缺陷材料處于完全彈性的工作階段,反復(fù)加載不會(huì)引起疲勞破壞,因?yàn)閺椥宰冃问强赡娴?。?dāng)材料處于彈塑性階段工作時(shí),反復(fù)加載將引起塑性變形的增長(zhǎng),以至鋼材變硬而具有脆性,并逐漸形成微裂紋而產(chǎn)生應(yīng)力集中,微裂紋的擴(kuò)展和數(shù)量的增加導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象迅速加劇,最終發(fā)生斷裂破壞。實(shí)際上,鋼材內(nèi)部不可避免地存在初始缺陷,如鋼材中的非金屬夾雜及分層,焊縫中經(jīng)常有的微觀裂紋或者孔洞、夾渣等缺陷,非焊接結(jié)構(gòu)中在沖邊、剪邊、氣割等處也存在微觀裂紋,另外鋼材還存在軋制或焊接殘余應(yīng)力,必將出現(xiàn)局部高峰應(yīng)力而使材料在局部區(qū)域處于彈塑性工作狀態(tài),因此在連續(xù)反復(fù)荷載作用下,就會(huì)在這些區(qū)域發(fā)生疲勞破壞。
斷裂端口可能貫穿于母材,可能貫穿于連接焊縫,也可能貫穿于母材及連接焊縫。鋼材疲勞破壞后的截面斷口,一般具有光滑的和粗糙的兩個(gè)區(qū)域。光滑區(qū)是裂紋兩邊材料相互擠壓的結(jié)果,記載了裂紋的擴(kuò)張和閉合過(guò)程,顏色發(fā)暗,表面有較清晰的疲勞紋理,呈沙灘狀或波紋狀。由于裂紋擴(kuò)展,截面被消弱,使得殘余截面不足以抵抗破壞,導(dǎo)致突然斷裂,因有撕裂作用而形成粗糙區(qū)。粗糙區(qū)晶粒粗亮。
疲勞破壞時(shí)相應(yīng)的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度的大小和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力循環(huán)形式和應(yīng)力集中程度有關(guān)。
疲勞試驗(yàn)一般在室溫條件下由疲勞試驗(yàn)機(jī)完成,建議應(yīng)力循環(huán)頻率在10—200Hz范圍內(nèi)。疲勞試驗(yàn)分為金屬材料疲勞試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)兩大類(lèi),金屬材料疲勞試驗(yàn)又包含軸向疲勞試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)、疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)、軸向等幅低循環(huán)疲勞試驗(yàn)等多種。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)而言,疲勞試驗(yàn)多針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行,以檢測(cè)其疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。
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