淺談鋼結構疲勞試驗及性能檢測
2020-09-27 09:49 西安鋼結構 鋼結構公司
疲勞是指材料在交變應力或應變作用下發生的局部累積損傷,經一定循環次數發生失效,疲勞斷裂是微觀裂縫在連續重復荷載作用下不斷擴展直至斷裂的脆性破壞。發生疲勞破壞時,截面上的應力低于鋼材的極限強度。甚至低于屈服強度,同時疲勞破壞時的塑性變形很小,具有突發性,斷裂速度接近于2000m/s,危險性較大,鋼結構的疲勞破壞屬于高周低應變疲勞,即應變幅較小,但循環次數較多,如吊車梁的疲勞破壞。
從理論上說,如果無缺陷材料處于完全彈性的工作階段,反復加載不會引起疲勞破壞,因為彈性變形是可逆的。當材料處于彈塑性階段工作時,反復加載將引起塑性變形的增長,以至鋼材變硬而具有脆性,并逐漸形成微裂紋而產生應力集中,微裂紋的擴展和數量的增加導致應力集中現象迅速加劇,最終發生斷裂破壞。實際上,鋼材內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,焊縫中經常有的微觀裂紋或者孔洞、夾渣等缺陷,非焊接結構中在沖邊、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力,必將出現局部高峰應力而使材料在局部區域處于彈塑性工作狀態,因此在連續反復荷載作用下,就會在這些區域發生疲勞破壞。
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區域。光滑區是裂紋兩邊材料相互擠壓的結果,記載了裂紋的擴張和閉合過程,顏色發暗,表面有較清晰的疲勞紋理,呈沙灘狀或波紋狀。由于裂紋擴展,截面被消弱,使得殘余截面不足以抵抗破壞,導致突然斷裂,因有撕裂作用而形成粗糙區。粗糙區晶粒粗亮。
疲勞破壞時相應的最大應力稱為疲勞強度。疲勞強度的大小和應力循環次數、應力循環形式和應力集中程度有關。
疲勞試驗一般在室溫條件下由疲勞試驗機完成,建議應力循環頻率在10—200Hz范圍內。疲勞試驗分為金屬材料疲勞試驗和結構構件疲勞試驗兩大類,金屬材料疲勞試驗又包含軸向疲勞試驗、旋轉彎曲疲勞試驗、疲勞裂紋擴展速率試驗、軸向等幅低循環疲勞試驗等多種。對鋼結構而言,疲勞試驗多針對結構構件進行,以檢測其疲勞強度和疲勞壽命。
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