專利名稱：用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種土木工程結(jié)構(gòu)中鑄鋼節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命估算方法，也可用于其它領(lǐng)域中近似材料鑄鋼聯(lián)結(jié)點(diǎn)的壽命估算。針對(duì)不帶明顯缺陷情況下的鑄鋼節(jié)點(diǎn)，對(duì)其疲勞壽命進(jìn)行估算。對(duì)于節(jié)點(diǎn)中沒(méi)有明顯缺陷的，根據(jù)工程中常用鑄鋼材料的疲勞試驗(yàn)結(jié)果，給出了 S-N曲線，根據(jù)S-N曲線可進(jìn)行壽命估算。
背景技術(shù)：
鑄鋼件是通過(guò)鋼鐵高溫融化成鐵水，澆注到提前做好的模具中，冷卻后脫模而成， 鑄鋼節(jié)點(diǎn)是鑄鋼件的一種表現(xiàn)形式，主要應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域中鋼結(jié)構(gòu)的聯(lián)接點(diǎn)。鑄鋼節(jié)點(diǎn)采用鑄造工藝澆注生產(chǎn)，由于工藝過(guò)程的復(fù)雜性，將不可避免地出現(xiàn)疏松、夾渣、氣泡等鑄造缺陷，在疲勞荷載作用下，這些初始鑄造缺陷對(duì)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的承載能力有著顯著的影響。 現(xiàn)有的無(wú)損檢測(cè)手段可方便的對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)損探傷，定點(diǎn)定量給出節(jié)點(diǎn)內(nèi)的缺陷分布及尺寸，本發(fā)明按照探傷結(jié)果將鑄鋼節(jié)點(diǎn)分為帶明顯缺陷和不帶明顯缺陷兩種情況，對(duì)其疲勞壽命進(jìn)行估算。對(duì)于沒(méi)有明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)，可將其視為材質(zhì)均勻的構(gòu)件，采用S-N (疲勞應(yīng)力幅壽命曲線)曲線法進(jìn)行壽命估算。鑄鋼節(jié)點(diǎn)作為新型工程材料和結(jié)構(gòu)型式，目前尚無(wú)其 S-N曲線數(shù)據(jù)可供使用，本發(fā)明針對(duì)工程中常用的鑄鋼材料GS20Mn5V，對(duì)其進(jìn)行了多組樣本的材料疲勞試驗(yàn)，提供了 S-N曲線的分布范圍，提供了 S-N曲線的上限、中值及下限。根據(jù)本發(fā)明提供的S-N曲線，可對(duì)沒(méi)有明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行壽命估算。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法，由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)由鑄造工藝鑄造而成，生產(chǎn)過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生各種各樣的鑄造缺陷，因此本發(fā)明針對(duì)節(jié)點(diǎn)中沒(méi)有明顯缺陷的，根據(jù)材料S-N曲線進(jìn)行壽命估算。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明能夠提出了用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法，該方法包括如下步驟步驟1 確定所需材料的初步疲勞應(yīng)力幅壽命曲線；計(jì)算鑄鋼節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力幅 σ ；步驟2:根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的尺寸和表面粗糙程度，計(jì)算修正因子K。D，對(duì)材料的初步疲勞應(yīng)力幅壽命曲線進(jìn)行修正；步驟3 根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力幅σ和修正后的疲勞應(yīng)力幅壽命曲線，得到危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N'；步驟4 將第3步計(jì)算得出的危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N'除以安全系數(shù)η，即得到鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命的估算值N。優(yōu)選的，在步驟1中，根據(jù)常用鑄鋼材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到疲勞應(yīng)力幅壽命曲線的分布范圍，其中對(duì)于常用鑄鋼材料的中低壽命區(qū)，即疲勞應(yīng)力幅壽命曲線的斜線部分，表達(dá)式如下
’上限
權(quán)利要求
1.一種用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1:確定所需材料的初步疲勞應(yīng)力幅壽命曲線；計(jì)算鑄鋼節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力幅σ ； 步驟2 根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的尺寸和表面粗糙程度，計(jì)算修正因子K。D，對(duì)材料的初步疲勞應(yīng)力幅壽命曲線進(jìn)行修正；步驟3:根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力幅σ和修正后的疲勞應(yīng)力幅壽命曲線，得到危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N'；步驟4:將第3步計(jì)算得出的危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N'除以安全系數(shù)η，即得到鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命的估算值N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法， 其特征在于在步驟1中，根據(jù)常用鑄鋼材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到疲勞應(yīng)力幅壽命曲線的分布范圍，其中對(duì)于常用鑄鋼材料的中低壽命區(qū)，即疲勞應(yīng)力幅壽命曲線的斜線部分，表達(dá)式如下’上限IgN'=36.7591-13.00551§σ < 中值IgN'=34.5727-12.19171gCT公式 1 下限IgN1 = 28.9O28 _9.958 IlgCT式中σ為應(yīng)力幅廠=^ax ^mm ； ο max為應(yīng)力最大值；σ min為應(yīng)力最小值；N'為對(duì)應(yīng)應(yīng)力幅σ的鑄鋼材料的疲勞壽命；疲勞極限ο -1值，即疲勞應(yīng)力幅壽命曲線的水平部分為上限值208. OMPa、中值 201. 3MPa、下限值 187. 2MPa ；疲勞極限是指危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N'為無(wú)窮大時(shí)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力幅值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法， 其特征在于步驟2中，疲勞應(yīng)力幅壽命曲線的斜線部分，修正方法如下上限:IgN'=36.7591-■13.00551§(^ σ)中值IgN'=34.5727-Λ2.\9\ \%(Κσ0 σ)公式2下限IgN'=28.9028.-9.95811gd疲勞應(yīng)力幅壽命曲線的水平部分，修正方法如下ivCiD其中^D= ·公式4σ為應(yīng)力幅，N'為對(duì)應(yīng)應(yīng)力幅σ的鑄鋼材料的疲勞壽命，σ —為修正前材料的疲勞極限；ο _1D為修正后節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞極限；K。D為疲勞強(qiáng)度降低系數(shù)，表示應(yīng)力集中、構(gòu)件尺寸和表面加工方法對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響；K。s為粗糙表面的疲勞缺口系數(shù)；ε為尺寸系數(shù)， β ！為表面加工系數(shù)；相關(guān)系數(shù)的取值參考疲勞設(shè)計(jì)手冊(cè)選取。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法，其特征在于根據(jù)有限元計(jì)算或局部應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果確定鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力最大值 Omax和應(yīng)力最小值Omin，再由鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力幅σ，根據(jù)鑄鋼材料的疲勞壽命曲線算出節(jié)點(diǎn)內(nèi)危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N'；根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)安全儲(chǔ)備的需要，選取疲勞應(yīng)力幅壽命曲線下限進(jìn)行鑄鋼節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命估算或選取均值疲勞應(yīng)力幅壽命曲線進(jìn)行計(jì)算；最后除以壽命安全系數(shù)η，η根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的重要程度，按照相關(guān)規(guī)范選取，即為節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命估算結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法， 其特征在于常用鑄鋼材料型號(hào)為GS20Mn5V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)無(wú)明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命估算方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1確定所需材料的初步疲勞應(yīng)力幅壽命曲線；計(jì)算鑄鋼節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力幅σ；步驟2根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的尺寸和表面粗糙程度，計(jì)算修正因子KσD，對(duì)材料的初步疲勞應(yīng)力幅壽命曲線進(jìn)行修正；步驟3根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力幅σ和修正后的疲勞應(yīng)力幅壽命曲線，得到危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N’；步驟4將第3步計(jì)算得出的危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命N’除以安全系數(shù)n，即得到鑄鋼節(jié)點(diǎn)疲勞壽命的估算值N。本發(fā)明提供鑄鋼節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命估算的數(shù)據(jù)和方法，為工程中的精確計(jì)算提供了依據(jù)，可推動(dòng)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，改善結(jié)構(gòu)的外觀和受力。
文檔編號(hào)G01N33/20GK102507896SQ20111034064
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者莫建華, 靳慧 申請(qǐng)人:東南大學(xué)