浅谈钢结构疲劳试验及性能检测

2020-09-27 09:49 西安钢结构 钢结构公司

　　疲劳是指材料在交变应力或应变作用下发生的局部累积损伤,经一定循环次数发生失效,疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。发生疲劳破坏时,截面上的应力低于钢材的极限强度。甚至低于屈服强度,同时疲劳破坏时的塑性变形很小,具有突发性,断裂速度接近于2000m/s,危险性较大,钢结构的疲劳破坏属于高周低应变疲劳,即应变幅较小,但循环次数较多,如吊车梁的疲劳破坏。

　　从理论上说,如果无缺陷材料处于完全弹性的工作阶段,反复加载不会引起疲劳破坏,因为弹性变形是可逆的。当材料处于弹塑性阶段工作时,反复加载将引起塑性变形的增长,以至钢材变硬而具有脆性,并逐渐形成微裂纹而产生应力集中,微裂纹的扩展和数量的增加导致应力集中现象迅速加剧,最终发生断裂破坏。实际上,钢材内部不可避免地存在初始缺陷,如钢材中的非金属夹杂及分层,焊缝中经常有的微观裂纹或者孔洞、夹渣等缺陷,非焊接结构中在冲边、剪边、气割等处也存在微观裂纹,另外钢材还存在轧制或焊接残余应力,必将出现局部高峰应力而使材料在局部区域处于弹塑性工作状态,因此在连续反复荷载作用下,就会在这些区域发生疲劳破坏。

　　断裂端口可能贯穿于母材,可能贯穿于连接焊缝,也可能贯穿于母材及连接焊缝。钢材疲劳破坏后的截面断口,一般具有光滑的和粗糙的两个区域。光滑区是裂纹两边材料相互挤压的结果,记载了裂纹的扩张和闭合过程,颜色发暗,表面有较清晰的疲劳纹理,呈沙滩状或波纹状。由于裂纹扩展,截面被消弱,使得残余截面不足以抵抗破坏,导致突然断裂,因有撕裂作用而形成粗糙区。粗糙区晶粒粗亮。

　　疲劳破坏时相应的最大应力称为疲劳强度。疲劳强度的大小和应力循环次数、应力循环形式和应力集中程度有关。

　　疲劳试验一般在室温条件下由疲劳试验机完成,建议应力循环频率在10—200Hz范围内。疲劳试验分为金属材料疲劳试验和结构构件疲劳试验两大类,金属材料疲劳试验又包含轴向疲劳试验、旋转弯曲疲劳试验、疲劳裂纹扩展速率试验、轴向等幅低循环疲劳试验等多种。对钢结构而言,疲劳试验多针对结构构件进行,以检测其疲劳强度和疲劳寿命。

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