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浅谈干燥机横梁疲劳寿命的影响因素
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核心提示： 　　干燥机中横梁构件的应力集中程度用应力集中系数表示，构件的几何形状和应力场决定了理论应力集中系数。横梁的理论应力集中系数为其应力集中处的最大应力与该处的名义应力之比，与所加载荷大小无关。　　横梁的受力有垂
　　干燥机中横梁构件的应力集中程度用应力集中系数表示，构件的几何形状和应力场决定了理论应力集中系数。横梁的理论应力集中系数为其应力集中处的最大应力与该处的名义应力之比，与所加载荷大小无关。　　横梁的受力有垂直方向和水平方向作用的均布力，由于机器在运动过程中不平衡载荷的作用，横梁会产生扭转变形，故设置一力偶矩，设横梁两端固定。均布力大小、力偶矩作用位置和大小以及约束类型与理论应力集中系统的计算无关。为便于节点和单元的划分，对支承条的简化根据惯性矩等效原理将其截面简化为矩形截面。　　构件的疲劳断裂寿命分两个阶段：一为疲劳裂纹萌生阶段，二为裂纹扩展阶段。　　当裂纹扩展超过临界尺寸时，扩展速度急剧增大，使构件迅速失稳断裂，构件有效寿命为这两个阶段时间总和。因此，横梁分段支承条在间隙处产生的应力集中是引起横梁疲劳断裂的主要原因。　　由于应力集中处最易萌生疲劳裂纹，而该处的高应力使得裂纹扩展速度增加，横梁受力最大的部位在中部，恰好与应力集中部位重合。而横梁的主要载荷为惯性力，且惯性力的方向角为45b，使梁在垂直面的弯曲变形增大，应力集中处又恰在梁的上方，受垂直面变形的影响较大。这些因素均使应力集中点的应力值增大，使横梁处于高应力疲劳循环状态下。另外，由于采用焊接工艺，不可避免地在焊缝附近产生残余应力和微裂纹，任何一个焊接缺陷的存在都会影响横梁的疲劳寿命。零件疲劳强度的因素很多，有应力集中、零件尺寸、表面状态、环境介质、加载顺序和频率等，其中前三种最为主要。
1.应力集中的影响：零件受载时，在几何形状突然变化处，如圆角、孔、凹槽等，要产生应力集中，对应力集中敏感还与材料有关，常用有效应力集中系数（可查有关手册）来考虑应力集中对疲劳强度的影响。材料的强渡极限越高，对应力集中越敏感。如果在同一个截面上同时有几个应立集中源时，应该采用其中最大有效应力集中系数进行计算。
2.尺寸的影响：零件尺寸的大小对疲劳强度的影响可以用尺寸系数（可以查有关手册）来表示。当其他条件相同时，尺寸越大，对零件疲劳强度的影响越显著。原因是由于材料的晶粒较粗大，出现缺陷的概率大，同时机械加工后表面冷作硬化层（对疲劳强度有利）相对较薄。
3. 表面状态的影响：零件表面质量对疲劳强度的影响可以用表面状态系数（可以查有关手册）来表示。铸铁对于加工后的表面状态很不敏感，可以取１．钢的强度极限极高，表面越粗糙，表面状态系数越低，所以用高强度合金钢制造的零件，为了使疲劳强度有所提高，其表面应该有较高的加工质量。此外，还可以采取下列措施来改善表面...
影响零件疲劳强度的因素很多，有应力集中、零件尺寸、表面状态、环境介质、加载顺序和频率等，其中前三种最为主要。
1.应力集中的影响：零件受载时，在几何形状突然变化处，如圆角、孔、凹槽等，要产生应力集中，对应力集中敏感还与材料有关，常用有效应力集中系数（可查有关手册）来考虑应力集中对疲劳强度的影响。材料的强渡极限越高，对应力集中越敏感。如果在同一个截面上同时有几个应立集中源时，应该采用其中最大有效应力集中系数进行计算。
2.尺寸的影响：零件尺寸的大小对疲劳强度的影响可以用尺寸系数（可以查有关手册）来表示。当其他条件相同时，尺寸越大，对零件疲劳强度的影响越显著。原因是由于材料的晶粒较粗大，出现缺陷的概率大，同时机械加工后表面冷作硬化层（对疲劳强度有利）相对较薄。
3. 表面状态的影响：零件表面质量对疲劳强度的影响可以用表面状态系数（可以查有关手册）来表示。铸铁对于加工后的表面状态很不敏感，可以取１．钢的强度极限极高，表面越粗糙，表面状态系数越低，所以用高强度合金钢制造的零件，为了使疲劳强度有所提高，其表面应该有较高的加工质量。此外，还可以采取下列措施来改善表面状态，以提高零件的疲劳强度，如淬火、渗碳、渗氮等热处理工艺，抛光、喷丸、滚压等冷作工艺。这些措施都都利于提高表面强度和产生残余应力。残余应力有降低平均拉应力和减少初始裂纹产生和扩展的作用。改善后的表面状态系数可能要大于１．一般计算仍然取１．　　４．综合影响系数：大量实验证明，应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅值有影响，对平均应力没有明显影响。为此，可以将三个系数合并为一个综合影响系数。在计算时，零件的作应力幅要乘以综合影响系数，或者材料的极限应力幅要除以综合影响系数。
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那得看应力的大小啊
如果应力没有超过材料的强度极限的，就要看应力变化的循环次数；如果最大应力超过材料的强度极限的话，那就得以最大应力为影响疲劳的主要因素了
影响混凝土强度的主要因素有:混凝土的制备方法、养护制度和混凝土的各组分材料。制备混凝土时的水灰比、搅拌方法、振动方式都对混凝土强度有较大影响。在保证工作性的前提...
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混凝土疲劳寿命的影响因素简析
2015年12期目录
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　　摘要：为了保证工程在使用中的安全性，那么对于混凝土疲劳寿命规律的研究就显得尤为重要。本文对混凝土疲劳寿命的主要影响因素进行了简单的介绍和分析。 中国论文网 /1/view-7398601.htm　　关键词： 混凝土； 疲劳寿命； 矿物掺合料； 断裂力学与损伤力学； 　　0 引言 　　为了达到不损坏试件，却能估计出混凝土疲劳寿命的目地，对混凝土的弹性模量、泊松比、密度等主要参数对混凝土疲劳寿命离散性的影响进行了探讨。通过疲劳试验，筛选出最适合作为混凝土疲劳寿命预测指标的参数。 　　1 混凝土疲劳性能研究状况 　　工程中的混凝土结构大都受到重复循环荷载的作用。因此，正确评价受损混凝土结构的剩余使用寿命，从而进行抗疲劳设计是很有意义的。早期人们通过确定应力水平S和疲劳寿命N的关系来对混凝土疲劳寿命作出预测，由于混凝土自身离散性较大，只有依靠增加试件数量来寻求规律，但随着应力水平的降低，混凝土疲劳试验费时、费力，而且对于变幅值循环的情况，S-N关系曲线对预测混凝土寿命作用不大。 　　损伤力学出现后，人们试图将疲劳寿命与结构材料所受的损伤建立联系，并且运用一些宏观上可测参量来描述损伤，出现了基于材料刚度衰减、强度衰减和塑性变形发展规律的方法来估算其剩余疲劳寿命。近年来一些新的测试手段如声发射、超声波、工业CT等也开始应用于损伤描述。由于混凝土材料存在较大的离散性，因而所得结果尚不够精确或只能做定性判断。 　　2 混凝土疲劳寿命的主要影响因素 　　2.1 弹性模量、泊松比对疲劳寿命的影响 　　用混凝土的弹性模量预测其疲劳寿命，发现当弹性模量在某一值时，其疲劳寿命最大，低于或高于此值时其疲劳寿命均有所降低，表明疲劳寿命不仅与强度有关，而且与材料脆性也有关系。为了验证探索疲劳寿命与材料弹性模量的关系，对已有实验及其数据进行分析。试验数据分布离散与已有实验的结果不一致。究其原因，一方面与混凝土材料的离散性对试验结果的影响有关，另一方面弹性模量并不能很好地反映材料韧性，而与疲劳性能密切相关的参数是材料的强度和韧性，因此，仅用弹性模量指标很难预测混凝土疲劳寿命。 　　混凝土试件在轴压作用下产生纵向压应力的同时也会产生环向拉应力，而混凝土的抗拉性能远远不及其抗压性能，因此，在破坏时往往会产生纵向裂纹。泊松比所反映的正是在纵向作用下混凝土的横向变形能力，所以将其作为影响疲劳寿命的一个指标加以研究。与弹性模量相似。 　　2.2 密度对疲劳寿命的影响 　　选择密度作为预测疲劳寿命的参数，是因为混凝土发生疲劳破坏与其内部的孔隙有很大的关系。由于不同试件表面及内部孔洞不同，导致试件之间存在密度差异，因此混凝土密度对其疲劳寿命的影响不可忽视。试件内的孔洞，孔洞的形状和分布形式对疲劳寿命也有一定程度的影响，通过密度只能定性预测试件疲劳寿命的趋势，要得到精确的预测结果，还需要借助于其他测试手段。 　　2.3 最大塑性变形 　　疲劳试验发现，即使是同一批试件，其疲劳寿命也往往表现出较大的离散性，虽然原因很多，但应力水平对疲劳寿命的影响最大，当应力水平相差3%时，疲劳寿命相差约60%。可以推测试件疲劳寿命越长，其真实应力水平越低。随着试件破坏时塑性应变的增大，其疲劳寿命有延长的趋势。这是因为疲劳寿命越短，其真实应力水平越高，在高的应力水平作用下，试件的损伤更容易集中分布在某一薄弱面上而使其提前破坏，从而使塑性变形不能得到充分的发展。从能量的角度来看，材料的疲劳过程是其塑性能被消耗掉的过程。试验结果表明，应力水平低的试件在整个疲劳过程中消耗的能量高于应力水平高的试件。 　　2.4 基于塑性应变率的疲劳寿命预测 　　混凝土疲劳过程中其变形发展表现出明显的三阶段规律，即裂纹萌生阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹失稳发展阶段，且三阶段的比例大致为1∶8∶1。材料的塑性变形中包含两部分：一部分是由静载因素产生的塑性变形εps，另一部分是由疲劳因素产生的塑性变形εpf。应力水平越高，塑性应变随循环率增长越慢。实验中所取的疲劳塑性变形是疲劳过程中的总变形εp与第一个循环后的残余变形之差，即εpf=εp-εps，这样就在一定程度上扣除了由静载因素产生的塑性变形影响，而主要考虑由疲劳因素产生的塑性变形。随着应力水平的提高，试件在破坏时的最大疲劳塑性变形减小，从而使塑性应变随循环率增长变慢。由于不同应力水平试件的塑性变形增量差值相对较少，而循环次数以不同数量级增加，因此，随着应力水平的提高，塑性变形随循环次数的增长率不断降低。 　　2.5 矿物掺合料对混凝土疲劳性能的影响 　　试验结果表明：疲劳寿命随矿物掺合料掺量的变化趋势与应力水平S有关。当S≤0.80 时，疲劳寿命N随矿物掺合料掺量的增加而增加；当S>0.80 时，疲劳寿命随矿物掺合料掺量的增加而下降。疲劳强度折减系数具有随矿物掺合料掺量的增加而提高的趋势，大掺量矿物掺合料混凝土的疲劳强度折减系数显著增大。以道路工程为例，矿物掺合料掺量较低时，应力水平S与疲劳寿命的对数值lgN基本上呈现良好线性关系。但当矿渣掺量达到 80%，粉煤灰掺量达到 50%时，在S=0.85 与S=0.80 之间的线段斜率明显不同， 使整个连线出现了一个平缓的台阶。在同一级应力水平下，疲劳寿命近似服从两参数威布尔分布，不同矿物掺合料掺量混凝土的S-N方程及S-P-N方程为相关的工程设计提供了依据。 　　3 结论 　　1.弹性模量和泊松比不能很好地反映混凝土韧性，对其疲劳寿命的影响较为离散，不适合作为预测混凝土疲劳寿命的指标。 　　2.随着试件密度的增大，混凝土疲劳寿命有延长的趋势，但由于受到其孔洞形状和分布形式的影响，此趋势具有一定的离散性。 　　3.混凝土受压疲劳试件破坏时的最大塑性变形随试件疲劳寿命的延长而增大，说明在较低的应力水平下有利于混凝土韧性的发展。 　　4.混凝土塑性应变在发展的第二阶段呈线性变化，因此，可以用塑性应变增长率来预测混凝土疲劳寿命，且预测结果与实测结果较为一致。 　　5. 加入矿物掺合料的混凝土材料在疲劳损伤过程中其变形、弹性模量、强度等性质均会发生相应的变化，是其内部损伤积累的宏观表现。本文没有涉及到矿物掺合料对混凝土疲劳损伤过程中各种物理、力学性质的变化规律的影响，开展这方面的研究能够为掺矿物掺合料的混凝土结构在疲劳荷载作用下的损伤状况及服役寿命进行评估和预测。 　　上述结论只具有一定的参考价值。 　　参考文献： 　　[1] 朱劲松，宋玉普.基于剩余强度衰减的混凝土疲劳寿命估算方法[J].海洋工程，）：78-82. 　　[2] 李朝阳，宋玉普，赵国藩.混凝土疲劳残余应变性能研究[J].大连理工大学学报，）：355-358. 　　[3] 林燕清，欧进萍.混凝土多级等幅疲劳的变形发展规律试验研究[J].哈尔滨建筑大学学报，）：11-17. 　　[4] 王时越，张立翔，徐人平.弹性模量对混凝土疲劳性能的影响[J].昆明理工大学学报，）：18-20. 　　[5] 易 成，沈世钊.疲劳裂纹扩展理论及其在混凝土疲劳性能研究中的应用[J].哈尔滨建筑大学学报，）：20-24. 　　[6] 郑克仁 矿物掺合料对混凝土疲劳性能的影响及机理[D].[博士学位论文]. 南京： 东南大学， 2005. 　　作者简介：孙业昂（1991.01―），男，汉，辽宁省大连市，长安大学理学院2014级计算结构力学研究生。 　　邮寄地址：陕西省西安市雁塔区长安大学小寨校区西门 电话
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& &&很多客户注塑模具在开模前总是会问，模具使用寿命有多长？能不能装计数器？今天小编就来跟大家探讨探讨注塑模具的使用寿命以及模具正常使用中影响模具使用寿命的一些因素。& & 注塑模具通常我们要求使用寿命在30到50万啤次，一般最低要求都是在30万啤以上，如果产量大保险起见建议开复制模，既可以减少一套模具的过度疲劳使用，生产过程中也可以节省不少时间。那影响我们损伤失效的原因有哪些呢？我们模具正常使用中造成失效的原因可以从五大方面来总结：综合因素影响，疲劳，冷热疲劳，塑性变形失效，磨损。& & (1) 综合因素影响下的失效&& & 注塑模具由于实际工作条件极为复杂,各部件相互配合动作，因此,一副模具上常同时可出现多种损伤形式。这些损伤一旦出现,彼此间又可能互相促进,最终将加速模具的失效。所以我们钳工在模具制作过程中绝不可疏忽某些细小问题，以为无关紧要，所谓千里之堤，毁于蚁穴。可能模具做得很漂亮，无论是夹扣还是装配结构，试模，小批量生产都是顺利的。但又可能在量产是因为一个小行位活动不顺而导致出现大问题。&&& & (2) 模具的疲劳失效&& & 模具疲劳失效的根本原因就是应力集中和循环载荷。尽管模具受到的载荷有时明显低于其屈服强度,但在生产过程中由于局部的应力集中,使低的载荷下,在应力集中处仍然会形成微裂纹。而模具通常都在高强度和低塑性状态下服役,当微裂纹形成后,在模具所受的循环载荷作用下,微裂纹很容易扩展并最终导致疲劳，断裂。& & (3) 模具的冷热疲劳失效&& & 对于一些特殊材料注塑模具，比如工程塑料PC，PMMA，PA以及一些添加特殊辅助材料如铅，铝粉之类模具，以及外观高光要求的模具，通常都要求模具高温作业，工作时由于塑料溶液温度在模具型腔内的热传递作用,引起了模具表面温度常升至200~300℃的范围。为了产品的脱模要求，以及冷却效果，我们通常会在型芯内添加冷却水道，使其降温。这样周而复始,是模具表面反复经历急冷急热的过程,于模具表面便累积了相当的循环热应力,该应力最终以冷热疲劳的方式进行释放,形成冷热疲劳裂纹。至于高温氧化、模具与高温坯料间的摩擦作用则更是加速了冷热疲劳的这一过程。&& & (4) 塑性变形失效&& & 模具制作中选材很重要，对于产量大的模具，材料的强度水平不高;或是热处理工艺不正确,未能达到钢材的最佳强韧性;模具使用不当引起局部超载发生;对于注塑模具高温软化也会导致模具发生热塑性变形失效。塑形变形失效可以导致模具产生变形,从而最终影响塑件质量。&& & (5) 模具的磨损失效&& & 影响只用寿命的根本因素就是模具与坯料间的摩擦。但磨损的具体形式和磨损过程则与许多因素有关;模具在工作过程中的压力、温度、坯料变形速度和润滑状况等。对于注塑模具,由于其型腔表面受高温软化而耐磨性下降,加上氧化层本身也起到磨料的作用,就决定了其磨损过程显得更为复杂。模具的磨损甚至还会影响制件的精度。&& & 笔者结合多年注塑模具制造经验，提醒大家，模具也跟人一样大病过后就算康复了，肯定也是大不如从前的，大修过后的模具，无论是在模具本身的运作，模具各部位的耐磨性，强度都会有所影响。如果真得来咎根&东方之星&沉船的原因，我想多半也是长时间的小问题，致使工作人员疏忽，而酿成如此巨大的事故。&&
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钢结构疲劳破坏是焊接吊车梁破坏的主要原因。以吊车梁为典型的直接承受动力重复荷载的构件为例，根据断裂力学理论，钢结构疲劳破坏是裂纹在重复或交变荷载作用下的不断开展，最后达到临界尺寸而出现的断裂。一般地说，钢结构疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。对于钢结构，实际上只有后两个阶段，因为钢材内部总会存在细小的缺陷，这些缺陷就起着裂纹的作用。对焊接构件，裂源往往出现在焊缝趾处，因为该处常有焊渣侵入。有的焊接构件钢结构疲劳破坏起源于焊缝内部缺陷，如气孔、欠焊、夹渣等。通过试验发现，钢结构疲劳强度与应力幅有关，但应力集中是钢结构疲劳破坏最关键的因素。
钢结构疲劳破坏的影响因素
钢结构疲劳破坏是一个裂纹逐渐扩展的过程，造成钢结构疲劳破坏的因素很多，也有很大的随机性，其主要影响因素有以下几方面。
材料&&裂纹始于钢材内部的缺陷，钢材的熔炼及轧制过程决定了钢材的力学和化学性能。钢材中的硫、磷等杂质含量高，将影响钢材的力学性能及焊接接头的裂纹敏感性，使吊车梁在加工焊接时出现裂纹或引起应力集中。
设计&&应力集中是钢结构疲劳破坏的最主要原因，而应力集中在很大程度上是由节点构造决定的。设计中一些不利的节点或末考虑的不利因素是造成吊车梁钢结构疲劳破坏的主要原因。
&&钢材及其焊缝存在的一些缺陷会直接导致应力的集中，而钢结构疲劳破坏往往就起源于这些缺陷，故吊车梁在施工过程中对焊缝形式的选择、施焊工艺、质量和焊后处理等都将直接影响焊接吊车梁的钢结构疲劳寿命。
维护&&生产过程中随意加大吊车吊重、增加吊车的使用频率，或者随意在吊车梁上加焊杆件，特别是在吊车梁下翼缘施焊，都将严重影响吊车梁的使用寿命。
环境&&空气中有氧且往往有一定的湿度，对钢材有腐蚀作用，钢材中的小裂纹在腐蚀介质作用下会随时间而扩展，这种钢结构疲劳被称为腐蚀钢结构疲劳。
防止钢结构疲劳破坏的措施
由于焊接吊车梁的破坏主要是钢结构疲劳破坏，钢结构疲劳破坏与应力幅有关，应力集中是钢结构疲劳破坏最主要的原因。因此，要防止钢结构疲劳破坏，提高钢结构疲劳强度，就应采取措施减少或缓解应力集中。
钢材的选择&&当构件在两个不同应力幅Acii和Au2作用下的钢结构疲劳寿命曲线ABC和ADE。如果将初始裂纹尺寸al减小到a1/2，则构件的荷载循环次数将增加ANi，这个增加是很可观的，因为裂纹在尺寸很小的时候扩展速率很低，荷载循环欢数增加ANz。由此可知，减小初始裂纹尺寸，降低构件所承受的应力(应力幅)和采用高韧性的材料，都将增加荷载的循环次数，延长构件的钢结构疲劳寿命。
本文来源：建筑时报
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