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什么是钢材的疲劳破坏?对钢材性能有什么影响?

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什么是钢材的疲劳破坏?对钢材性能有什么影响?

发布日期:2019-03-06 作者: 点击:

可能很多用户不知道钢材疲劳破坏的概念,也不清楚钢材的疲劳破坏对钢材性能会产生哪些影响,根据我公司多年昆明钢材贸易总结的尝试和经验,云南钢材小编进行了相关资料查阅,特整理如下。


钢结构中,很多构件不仅承受静荷载,还长期承受连续的重复荷载作用,如船闸门叶拉杆等。当重复荷载的循环次数n达到某定值时,钢材中的应力虽然低于抗拉强度,甚至低于屈服强度,也会发生突然的脆性断裂。破坏时塑性变形极小,这种现象称为钢材的疲劳破坏。

对于钢结构,在钢材生产和构件加工、安装过程中,不可避免地在结构的某些部位存在局部微小缺陷,如夹渣、微裂纹、冷加工造成的孔洞、刻槽、焊接处截面的突然改变或焊缝熔合部位存在气孔等,这些缺陷类似于初始微裂纹。在重复荷载作用下,这些部位的截面上产生应力集中现象,在高峰应力处将首先出现微观裂纹而形成疲劳源。同样,截面几何形状突然改变处存在高峰应力,经过多次反复荷载作用,即使该处不存在初始的冶金或加工缺陷,也会产生微观裂纹而形成疲劳源。这些微裂纹往往在材料内部,不易及时检测发现,成为钢结构容易发生疲劳破坏的缘由。

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一般地说,疲劳破坏经历三个阶段:初始微裂纹(疲劳源)的形成;微裂纹的缓慢扩展;裂纹处截面的迅速断裂。钢构件在反复荷载作用下,钢材内部质量薄弱处出现应力集中,局部达到屈服强度首先出现塑性变形,并硬化而逐渐形成一些微观裂纹,在往复荷载作用下,裂纹的数量不断增加并相互连接发展成宏观裂纹,随后截面的有效截面面积减小,应力集中现象越来越严重,裂纹不断扩展,最后当钢材截面削弱到不足以抵抗外荷载时,钢材突然断裂。因此,疲劳破坏总是发生在局部高峰应力的截面,而不是在具有最大应力的截面;破坏时全截面的最大应力值远低于静荷载时材料的强度极限,甚至低于屈服极限;疲劳破坏前,塑性变形极小,没有明显的破坏预兆,疲劳破坏的性质是脆性破坏。

疲劳破坏的断口一般可分为光滑区和粗糙区两部分,光滑区的形成是因为疲劳源周边的材料在循环应力作用下,时而分开,时而压紧,因而靠近疲劳源周边的扩展表面相互研磨而呈现光滑区。突然断裂的截面,则类似于拉伸试件的断口,比较粗糙。


疲劳破坏时,构件没有明显的塑性变形,即使是塑性材料,也呈脆性断裂性质,没有明显预兆的情况下突然发生,易带来巨大的损失和伤亡,因此,规范规定承受动力荷载、重复荷载作用的钢结构构件及其连接,当n≥5×104次时,应进行疲劳计算。


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关键词:云南钢材,云南镀锌管,云南钢结构

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