文档介绍：空间网格结构整体疲劳分析的研究
摘要
大跨空间结构在风机、风等交变荷载作用下,结构的应力循环交替变化,可
能形成结构的疲劳损伤,且疲劳危险区域并不一定在应力最大值处。为了保证结
构在设计寿命期内的安全使用,有必要对结构进行整体疲劳分析,评估其在设计
年限内的疲劳损伤程度。
木文采用总寿命法进行疲劳分析,试图通过有限元理论分析结构在风、地震、
风机等交变荷载作用下的瞬时响应,即用时程分析法得到结构的应力应变时
程谱,结合疲劳分析的基本理论,把应力时程谱转化成应力峰值谱,运用雨流计
数法,采用准则考虑平均应力的影响,统计出应力循环历程,再根据
材料的或￡疲劳寿命曲线,估算单一应力循环下的疲劳损伤,然后
用线性累积损伤理论进行累加,得到结构在荷载过后的疲劳损伤程度并
将疲劳分析过程程序化,通过应力时程谱得到在弹性阶段结构任一部分的疲劳损
伤程度,找到疲劳危险区域。
结构的整体疲劳问题主要和材料的疲劳特性、外荷载的作用形式、结构的动
力特性这三方面有关。当选定了一种材料后,就归结为外荷载作用下结构各个部
分的应力一应变分析。对平板网架在风机荷载下的整体疲劳分析中发现,结构可
能出现的疲劳与风机荷载的振动方向、振幅、频率以及不同风机振动的相位差等
因素有关。对悬臂型挑篷在风荷载下的整体疲劳分析中发现,结构可能出现的疲
劳受风作用的方向、大小以及风作用在结构上的快慢程度文中用参数来描述
等因素影响。
从对以结构进行整体疲劳的参数分析中可以看出,对承受较大反复荷载的
结构设计时,应适当降低极限承载力下材料的许用应力,使应力循环幅值不至于
过大,同时应避免不同位置疲劳损伤值的过大差异,如果疲劳损伤最值相差很大,
应加强疲劳薄弱区域的杆件。论文最后对所做的研究工作进行了终结,得出了其
它一些有参考价值的结论,并指出进一步研究中待解决的问题。
关键词空间网格结构疲劳分析疲劳强度雨流计数法时程分析
准则累积损伤疲劳寿命曲线应力一应变循环寿命估算模型
浙江大学硕士学位论文第一章结论
学、塑性力学、断裂力学、应力分析关系很密切,还跟数学、物理、化学、冶金、
机械、土木、金属物理等学科有千丝万缕的联系。疲劳,是固体力学的一个分支,
它主要研究材料或结构在交变荷载作用下的强度问题,研究材料或结构的应力状
态与寿命的关系。从已发表的报告看,关于材料疲劳的研究可追溯到世纪上
半叶。从那时起,为阐明各种金属和非金属、脆性材料和延性材料,以及单一材
料和复合材料的疲劳,有众多科学家和程师做出了开拓性的贡献。要在几页的
篇幅内对这些贡献的历史过程做全面概括是不可能的。面就疲劳研究的主要进
展提供一些背景资料。
关于金属疲劳的最初研究是一位名叫年的德国矿业程
师在年前后完成的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验,
以校验其可靠性。随着铁构件使用范围的不断扩大,特别是在铁路桥梁中大量应
用这种构件后,研究金属疲劳的兴趣开始提高了。第一个有详尽文字记载的金属
疲劳的研究工作是在年法国凡尔赛附近的铁路发生事故以后开始进行的
年, 一位名叫的英国铁路工程师就对疲劳断裂的不同特征
有了认识,并注意到机器部件存在应力集中的危险性。与此同时,英国机械工程
师学会也开始研究所谓的疲劳“晶化理论”。当时人们以为,导致最终疲劳破坏
的材料弱化是作为材料基础的微观结构发生晶化的结果。
为发展德国的铁道工业,年对火车车轴的疲劳破坏进行了系统
的研究。他发现,由钢制作的车轴在循环荷载的作用下,其强度大大低于它们的
静载强度。的研究工作包括全尺寸车轴的疲劳试验和各种小型机械构件
的弯曲、扭转和轴向加载疲劳试验。他在工作中提出了利用应力幅一寿命
曲线来描述疲劳行为的方法,并且提出了疲劳“耐久极限”这个概念。
年是这一时期另一位著名的疲劳研究工作者。他对用锻铁制作的
铆接梁进行了试验对于某些试验件,加载周数多达次。在年,
一个名叫的德国工程师开始研究疲劳设计方法,他的贡献之一是提出
考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法年也讨论了类似的问
题
金属在反向荷载作用下的弹性极限可能与在单向形变中所观察到的弹性极
限有所差别。年使这一概念普遍得到承认他还证实了
先前报导的许多结果。和年的开拓性工作使人们摒弃了根
据过时的品化理论对疲劳机制所作的解释。他们通过研究高纯瑞典铁的疲劳,发
表了试样表面循环损伤的光学照片,从而令人信服的说明,在多晶材料的许多晶
粒内都会出现滑移带。这些滑移带在疲劳形变的过程中逐渐变宽,并导致形成裂
浙江大学硕十学位论文第一章绪论
纹而试样的突然破坏是由某条起主导作用的裂纹向前扩展造成的。
年提出了描述材料疲劳耐久极限的经验规律