專利名稱：用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種土木工程結構中鑄鋼節(jié)點的疲勞壽命估算方法，也可用于其它領域中近似材料鑄鋼聯(lián)結點的壽命估算。針對不帶明顯缺陷情況下的鑄鋼節(jié)點，對其疲勞壽命進行估算。對于節(jié)點中沒有明顯缺陷的，根據工程中常用鑄鋼材料的疲勞試驗結果，給出了 S-N曲線，根據S-N曲線可進行壽命估算。
背景技術：
鑄鋼件是通過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)點是鑄鋼件的一種表現形式，主要應用于土木工程領域中鋼結構的聯(lián)接點。鑄鋼節(jié)點采用鑄造工藝澆注生產，由于工藝過程的復雜性，將不可避免地出現疏松、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鑄鋼節(jié)點的承載能力有著顯著的影響。 現有的無損檢測手段可方便的對節(jié)點進行無損探傷，定點定量給出節(jié)點內的缺陷分布及尺寸，本發(fā)明按照探傷結果將鑄鋼節(jié)點分為帶明顯缺陷和不帶明顯缺陷兩種情況，對其疲勞壽命進行估算。對于沒有明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點，可將其視為材質均勻的構件，采用S-N (疲勞應力幅壽命曲線)曲線法進行壽命估算。鑄鋼節(jié)點作為新型工程材料和結構型式，目前尚無其 S-N曲線數據可供使用，本發(fā)明針對工程中常用的鑄鋼材料GS20Mn5V，對其進行了多組樣本的材料疲勞試驗，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。根據本發(fā)明提供的S-N曲線，可對沒有明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點進行壽命估算。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是提供一種用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法，由于鑄鋼節(jié)點由鑄造工藝鑄造而成，生產過程中難免會產生各種各樣的鑄造缺陷，因此本發(fā)明針對節(jié)點中沒有明顯缺陷的，根據材料S-N曲線進行壽命估算。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明能夠提出了用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法，該方法包括如下步驟步驟1 確定所需材料的初步疲勞應力幅壽命曲線；計算鑄鋼節(jié)點危險點應力幅 σ ；步驟2:根據鑄鋼節(jié)點的尺寸和表面粗糙程度，計算修正因子K。D，對材料的初步疲勞應力幅壽命曲線進行修正；步驟3 根據鑄鋼節(jié)點危險點應力幅σ和修正后的疲勞應力幅壽命曲線，得到危險點的疲勞壽命N'；步驟4 將第3步計算得出的危險點的疲勞壽命N'除以安全系數η，即得到鑄鋼節(jié)點疲勞壽命的估算值N。優(yōu)選的，在步驟1中，根據常用鑄鋼材料，通過實驗得到疲勞應力幅壽命曲線的分布范圍，其中對于常用鑄鋼材料的中低壽命區(qū)，即疲勞應力幅壽命曲線的斜線部分，表達式如下
’上限
權利要求
1.一種用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法，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力幅壽命曲線；計算鑄鋼節(jié)點危險點應力幅σ ； 步驟2 根據鑄鋼節(jié)點的尺寸和表面粗糙程度，計算修正因子K。D，對材料的初步疲勞應力幅壽命曲線進行修正；步驟3:根據鑄鋼節(jié)點危險點應力幅σ和修正后的疲勞應力幅壽命曲線，得到危險點的疲勞壽命N'；步驟4:將第3步計算得出的危險點的疲勞壽命N'除以安全系數η，即得到鑄鋼節(jié)點疲勞壽命的估算值N。
2.根據權利要求1所述的用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法， 其特征在于在步驟1中，根據常用鑄鋼材料，通過實驗得到疲勞應力幅壽命曲線的分布范圍，其中對于常用鑄鋼材料的中低壽命區(qū)，即疲勞應力幅壽命曲線的斜線部分，表達式如下’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為應力幅廠=^ax ^mm ； ο max為應力最大值；σ min為應力最小值；N'為對應應力幅σ的鑄鋼材料的疲勞壽命；疲勞極限ο -1值，即疲勞應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 ；疲勞極限是指危險點的疲勞壽命N'為無窮大時，對應的應力幅值。
3.根據權利要求2所述的用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法， 其特征在于步驟2中，疲勞應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為應力幅，N'為對應應力幅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)點危險點的疲勞極限；K。D為疲勞強度降低系數，表示應力集中、構件尺寸和表面加工方法對疲勞強度的影響；K。s為粗糙表面的疲勞缺口系數；ε為尺寸系數， β ！為表面加工系數；相關系數的取值參考疲勞設計手冊選取。
4.據權利要求3所述的用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法，其特征在于根據有限元計算或局部應力應變分析結果確定鑄鋼節(jié)點內危險點的應力最大值 Omax和應力最小值Omin，再由鑄鋼節(jié)點內的應力幅σ，根據鑄鋼材料的疲勞壽命曲線算出節(jié)點內危險點的疲勞壽命N'；根據鑄鋼節(jié)點安全儲備的需要，選取疲勞應力幅壽命曲線下限進行鑄鋼節(jié)點的疲勞壽命估算或選取均值疲勞應力幅壽命曲線進行計算；最后除以壽命安全系數η，η根據鑄鋼節(jié)點的重要程度，按照相關規(guī)范選取，即為節(jié)點的疲勞壽命估算結果。
5.根據權利要求2所述的用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法， 其特征在于常用鑄鋼材料型號為GS20Mn5V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鑄鋼節(jié)點內無明顯缺陷的鑄鋼節(jié)點疲勞壽命估算方法，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力幅壽命曲線；計算鑄鋼節(jié)點危險點應力幅σ；步驟2根據鑄鋼節(jié)點的尺寸和表面粗糙程度，計算修正因子KσD，對材料的初步疲勞應力幅壽命曲線進行修正；步驟3根據鑄鋼節(jié)點危險點應力幅σ和修正后的疲勞應力幅壽命曲線，得到危險點的疲勞壽命N’；步驟4將第3步計算得出的危險點的疲勞壽命N’除以安全系數n，即得到鑄鋼節(jié)點疲勞壽命的估算值N。本發(fā)明提供鑄鋼節(jié)點的疲勞壽命估算的數據和方法，為工程中的精確計算提供了依據，可推動鑄鋼節(jié)點的應用，改善結構的外觀和受力。
文檔編號G01N33/20GK102507896SQ20111034064
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權日2011年11月1日
發(fā)明者莫建華, 靳慧 申請人:東南大學