钢材疲劳破坏原因及预防措施：持续荷载下的脆性断裂分析

1。概述

在连续和重复的负载下，当钢应力远低于强度极限甚至低于屈服极限时，钢也会造成损坏。这种“过度劳累导致疾病”的现象称为钢疲劳。

可能导致钢结构疲劳的负载是动态的或环状的活载荷，例如桥梁对起重机梁的影响，车辆对桥梁的影响，波浪对海洋结构的影响以及导致结构摇摆的剧烈地震反复。过去，疲劳计算主要用于土木工程钢结构中的铁路桥梁。但是，随着焊接结构的发展，疲劳损伤也增加了，疲劳损害经常发生。焊接起重机梁的疲劳损伤经常发生，焊接道路钢桥的疲劳损伤也很常见。

2。疲劳伤害的原因

在疲劳损伤之前，钢不会显着变形；疲劳损伤是突然的断裂，直骨断裂。因此，疲劳损伤是在重复负载下脆弱的损害。

一般而言，疲劳损害经历了三个阶段，即裂纹的形成，裂缝的缓慢扩散以及裂纹的快速破裂。对于钢结构，实际上只有最后两个阶段，因为在钢铁生产和结构制造过程中，在结构的某些部分中不可避免地会有较小的局部缺陷，例如钢和非金属质量化学成分的隔离杂质；在焊接钢皮肤的焊接组件表面，凹形和凸的表面上的分数，滚动钢的缺陷和层，以及制造过程中的打孔，边缘切割和火焰切割引起的毛刺和裂缝；焊接脚趾在焊接组件中入侵焊缝，焊接中存在的孔和焊接是可能引起裂缝的主要部分。他们本身也扮演着类似于微裂纹的角色，因此可以称为“裂纹”。应力浓度会迅速导致单个晶粒发生塑性变形和硬化，从而大大降低了钢的疲劳强度。可以看出，钢的疲劳损伤首先是由内部结构（较小的缺陷）和钢的不均应力分布引起的。

钢结构成分中存在的几何变化，微观裂纹或类似的缺陷会导致应力浓度。在重复载荷的作用下，显微镜裂纹继续发展，应力浓度现象将变得越来越严重。当重复的载荷周期达到一定次（疲劳寿命）时”，裂纹扩散，使得净横截面轴承能力不足以承受外力。

通常，钢结构中的应力浓度。在静态负载的作用下，由于钢的可塑性发展，峰值应力通常会降低，并且较低的应力区域的应力增加，因此横截面中的不均应力应力往往是统一的，因此它确实确实如此不是影响横截面的最终轴承能力，在设计过程中可能不会考虑其影响。但是，随着应力浓度的严重，峰值应力区域总是有一个较大的应力场，这使得钢和脆性断裂的塑性变形很难。特别是在动态负载的作用下，这通常是结构疲劳损害的重要原因。 。

在钢结构和钢组件中，应力浓度的原因极为复杂。钢结构和钢组件将在横截面变化下产生应力浓度，例如组件之间的连接节点，圆柱脚之间的连接节点，组件的变化部分以及较弱的零件，例如横截面开口。此外，对于非焊接结构，钢表面上有凹点和凸点和痕迹，在钢滚动过程中，炉渣包裹物和分层，不均匀的切割边缘，由冷处理和螺栓孔引起的微裂纹等。对于焊接结构，还存在焊接接缝的外观，其缺陷包括毛孔，肉咬，炉渣包裹物，焊接根，弧线的不均匀性，弧线启动和熄灭，焊接裂纹，等等。

钢的疲劳强度与重复载荷（暂定应力，压力应力，剪切应力和复杂应力等）引起的应力类型直接相关，应力周期形式，应力周期的数量，应力浓度的程度和残留应力等。此外，结构和组件所在的环境也会影响其疲劳强度。在腐蚀性的培养基环境中，疲劳裂纹传播的速率受到不利影响和加速。

3。改善疲劳强度和疲劳寿命的措施

提高疲劳强度是在给出疲劳失败周期的数量时增加应力振幅值；疲劳寿命的增加是在给出应力振幅的数量时增加疲劳失败周期的数量，并且它们都是为了提高疲劳性抗性。性能性能。具体实践包括以下几点：

①采用合理的结构细节设计以最大程度地减少应力浓度；

②严格控制施工质量以降低初始裂纹尺寸；

③采取必要的技术措施，例如磨削对角线焊缝的其余表面部分，磨对角焊缝，并磨削纵向焊缝等的末端，以降低应力浓度的程度。