配套钢桥疲劳分析

1、北京迈达斯技术有限公司钢桥疲劳分析 崔杰北京迈达斯技术有限公司Part2：钢桥疲劳分析案例1. 分析概要2. 分析步骤3. 模型建立4. 静力分析 5. 疲劳分析6. 分析结果北京迈达斯技术有限公司内 容Part 1: 疲劳分析理论1. 疲劳概念2. 评价方式3. S-N曲线4.疲劳寿命5.疲劳损伤度6.复合加载7.Miner法则8.平均应力效应9.钢桥疲劳分析（BS5400） Part 1：疲劳分析理论北京迈达斯技术有限公司1. 疲劳是？疲劳是重复加载导致的材料破坏。与断裂破坏相比，疲劳破坏出现的平均应力会比断裂破坏时的应力小很多。北京迈达斯技术有限公司2. 怎样评价？抗疲劳的特性可以用S-

2、N曲线来代表。S-N曲线用钢材在常幅应力下的重复次数来表示。Typical curve for concrete steel reinforcementRodStress0StressrangeFatigue limit or Endurance limit北京迈达斯技术有限公司3. S-N 曲线抗疲劳的特性可以用S-N曲线来代表。S-N曲线用钢材在常幅应力下的重复次数来表示。抗疲劳破坏的特性直接与应力幅值相关。画出应力幅S与疲劳重复次数Nf的相关曲线叫做S-N曲线。施加荷载是常幅荷载。破坏为止的加载重复次数 = 疲劳寿命北京迈达斯技术有限公司4. 疲劳寿命疲劳寿命是材料在破坏发生前能够承受波

3、动应力和应变的重复次数。疲劳寿命与波动应力、构件几何形状、试验条件相关。北京迈达斯技术有限公司5. 疲劳损伤度为评价给定应力幅的作用下，构件破坏前能够承受的加载重复次数，引出损伤度的概念。If number of load cycles resisted is 10,000 for a given stress range,Fatigue damage = 0 means: 10,000 load cycles can be applied before fatigue failure.Fatigue damage = 0.9 means: 1,000 load cycles can be a

4、pplied before fatigue failure.北京迈达斯技术有限公司6. 复合加载（Complex loadings）对于变幅应力下疲劳损伤度，Miner提出评价损伤度时可以将各单独应力的重复次数进行线性叠加得到总的损伤度。北京迈达斯技术有限公司7. Miner 法则（Miner rule）对于疲劳破坏可以看成材料损伤的累积。累积损伤假定每个荷载循环产生相同程度的材料损伤。Miner 法则也就是线性累积损伤法则。北京迈达斯技术有限公司8. 平均应力效应（Mean Stress Effect）平均应力值越大，疲劳寿命越短。Goodman和Gerber修正北京迈达斯技术有限公司8.

5、平均应力效应（Mean Stress Effect）Su: Ultimate tensile strengthSe: Fully reversed fatigue strength北京迈达斯技术有限公司9. 钢桥疲劳分析（BS5400）疲劳设计准则不考虑损伤度 应力幅最大值 满足上式，即疲劳寿命满足规范要求。考虑损伤度北京迈达斯技术有限公司9. 钢桥疲劳分析（BS5400）疲劳构造细节北京迈达斯技术有限公司9. 钢桥疲劳分析（BS5400）疲劳曲线北京迈达斯技术有限公司9. 钢桥疲劳分析（BS5400）疲劳荷载Part 2：钢桥疲劳分析案例钢桥的疲劳裂纹一般是由焊接缺陷、结构的几何形状引起的应

6、力集中、结构的应力变动幅度以及重复加载等原因引起的。重复加载会引起疲劳裂纹发展，严重时会引起结构破坏，因此对抗疲劳较弱的部位应进行分析确定其抗疲劳能力。1. 分析概要北京迈达斯技术有限公司2. 分析步骤1) 首先做结构静力分析确定最大和最小应力的绝对值或者计算von Mises 应力，从而获得应力幅。2) 当作用应力为变幅时，使用可将各应力幅组成起来的雨流计数法(Rain flow counting)和S-N曲线计算。3) 考虑平均应力的影响确定疲劳寿命和损伤度。 建模 - 线性静力分析 - 应力疲劳分析- 确认分析结果 北京迈达斯技术有限公司3. 模型建立北京迈达斯技术有限公司本例题是介绍疲

7、劳分析的过程，省略了建模的过程。模型网格建立、边界及荷载中的恒载与线性分析相同。此处，仅说明汽车荷载的施加。汽车荷载是按照BS5400规范中的320kN、4轴标准疲劳车加载的。并且，按照BS5400规范要求，单车道加载。加载位置，考虑到正交异性钢桥面板疲劳薄弱处多为桥面板与横隔板连接处、U型肋与横隔板连接处等，本案例的加载位置选择跨中横隔板弯矩最大的影响线加载。4. 静力分析北京迈达斯技术有限公司5. 疲劳分析北京迈达斯技术有限公司加载循环次数在本案例中，考虑了汽车荷载匀速通过桥面一次的加载，计算损伤度。用户可以根据实际要考虑的时间区段内，模型车通过的次数，循环加载计算该时间段内的损伤度。可以

8、通过勾选，Goodman或Gerber，考虑前面理论中的平均应力效应进行疲劳分析。5. 疲劳分析北京迈达斯技术有限公司程序可以用直接输入方式或函数方式自定义S-N曲线。 直接输入方式是通过输入疲劳分析用特性值，生成FEA中自带的S-N 曲线。可以按照下面程序推荐的S-N曲线。这里疲劳极限Se值可以输入1/2倍抗拉强度，也可以根据情况输入用户自定义的数值。5. 疲劳分析北京迈达斯技术有限公司BS 5400中，对钢桥不同构造细节分为9个等级。在本案例中，主要分析U型肋与横隔板相接处的疲劳效应。该部位为BS5400规范c细节分级。将对应等级参数从表格中选取带入S-N曲线方程式中，得到该分级的疲劳曲线

9、。5. 疲劳分析北京迈达斯技术有限公司应力选项在对于钢桥，一般选择范梅塞斯应力即可。类型则选择了应用较多的共享点的平均值。5. 疲劳分析北京迈达斯技术有限公司汽车荷载历程曲线在结构贴应变片，实测应变记录后与静力加载条件下应变结果求比值得到。理想化汽车荷载时变函数，按节点动力荷载施加，完成时程分析，得到应变随时程的结果后与静力加载条件下应变结果求比值得到。5. 疲劳分析北京迈达斯技术有限公司变幅-常幅 计算损伤度FEA将组合为一个疲劳荷载得到的变幅应力通过雨流计数法转换为多个等幅应力，再适用前面理论中的Miner线性累计损伤法则，求解损伤度。计算损伤度通过应力幅得到各自幅的寿命，再通过各自的次数得到损伤度，最后线性累加得到总损伤度。