基于累积损伤理论的焊接球节点网架结构疲劳寿命估算

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。