螺栓球节点网架用40Cr高强螺栓的疲劳破坏机理及寿命估算
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摘要
螺栓球节点网架的疲劳关键是高强螺栓的疲劳。目前国内外对其疲劳性能的研究大多借助疲劳试验以建立其验算方法，而对疲劳破坏机理及疲劳寿命估算研究甚少。本文以螺栓球节点网架中最常用的40Cr高强螺栓为研究对象，借助扫描电子显微镜等先进仪器对40个常幅及变幅疲劳试件断口进行了宏观及微观形貌分析，基本摸清了其疲劳破坏的机理。另外，本文在大量试验数据的基础上，依据Miner法则、相对Minar法则以及断裂力学理论，对40Cr高强螺栓的疲劳寿命估算进行了系统研究，理论分析结果与试验值的规律性吻合较好。
本文的研究成果填补了螺栓球节点网架疲劳性能在理论研究方面的空白，完善了疲劳研究方法，为《网架结构设计与施工规程》中疲劳设计方法的建立提供了重要依据。
The fatigue of grid structure with holt-sphere joints is mainly the fatigue of high-strength holt. The design method of fatigue is usually established by way of fatigue tests home and abroad. A few of studies on its fatigue mechanism and life estimation are proceeded presently.
In this paper, a lot of macro and micro fracture sections under equal and variable amplitude loads are analyzed on 40Cr high-strength bolts by use of scan-electronic microscope. Its fatigue mechanism is known fundamentally. Moreover, base on lots of test data, fatigue life estimation is finished by help of Miner, opposite Miner rule and fracture mechanics theory. Theoretic results and test data are well fit to each other.
The research results in this paper fill the blank of the theoretic studies on fatigue behavior of grid structure with bolt-sphere joints and the fatigue research method is perfected. I believe that conclusions and suggestions will become important references for the modification of
structure> .
本文的研究成果填补了螺栓球节点网架疲劳性能在理论研究方面的空白，完善了疲劳研究方法，为《网架结构设计与施工规程》中疲劳设计方法的建立提供了重要依据。
The fatigue of grid structure with holt-sphere joints is mainly the fatigue of high-strength holt. The design method of fatigue is usually established by way of fatigue tests home and abroad. A few of studies on its fatigue mechanism and life estimation are proceeded presently.
In this paper, a lot of macro and micro fracture sections under equal and variable amplitude loads are analyzed on 40Cr high-strength bolts by use of scan-electronic microscope. Its fatigue mechanism is known fundamentally. Moreover, base on lots of test data, fatigue life estimation is finished by help of Miner, opposite Miner rule and fracture mechanics theory. Theoretic results and test data are well fit to each other.
The research results in this paper fill the blank of the theoretic studies on fatigue behavior of grid structure with bolt-sphere joints and the fatigue research method is perfected. I believe that conclusions and suggestions will become important references for the modification of
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引文
[1] [美]S．S．曼森编，陆索译校，金属疲劳损伤，国防工业出版社，1976． 317
[2] Raymond M.H. and Coffin L.F. Trans. Am. Soc. mech. Engrs. J. bas engng, 1963; 85: 548．
[3] Almen J.O., Residual stresses and fatigue in metals, Mc Graw-Hill Book Co, 1963: 70-73
[4] Niemi R.M. and Johnson R.E., Private Communication, General electric Co, Materials and Process technical laboratories, Aircraft Engine group, Cincinnati, Ohio, 1965: 36．
[5] Fuchs H.O., Techniques of surface stressing to avoid fatigue, Metal Fatigue, G. Sines and J.L. Waisman, eds, Mc Graw-Hill, New York, 1959: 197-231．
[6] Kunio T. et al. Fatigue Crack formation at high-hardness levels, Procedings of the international conference on mechanical behavior of materials. Fatigue of Metals, 1972: 143-152．
[7] TanakaK. MuraT., J of Appl Mech, 1981; 48 (1) : 99
[8] [苏]H．H．雷卡林，A．A．乌格洛夫著，王绍水译，材料的激光加工， 科学出版社，1982：10～14
[9] Singh H.B. et al. Metall Trans, 1981, 12A: 140
[10] Gnanamuthu D. S. et al. Laser-Solid interaction and Laser Processing, 1938: 180
[11] Dalisov V. B.. Zamikhovskii V. S. and Pokhurskii V. I. Fiziko-Knimichesk-
aya Mekanika Materialov, 1966; (2): 173～176
【12】S. Suresh and R. O. Ritchie, propagation of Short Fatigue Cracks, International Metals Reviews, Vol. 29. No6. 1984
【13】Collins J A, ed. Failure of materials in mechanica design. New York: Wiley, 1981
【14】Brock D. Elementary engineering fracture mechanic. Noordhoff, leydon: The Netherlands. 1978
【15】雷宏刚，网架焊接空心球节点静力及疲劳性能研究，建筑结构学报，1993(1)
【16】雷宏刚，螺栓球节点网架常幅疲劳试验数据再分析，钢结构工程研究，2000，10
【17】才庆魁，东北工业大学学报，1985；(4)：59～61
【18】褚武扬编，断裂力学基础，科学出版社，1979
【19】崔振源等编，断裂韧性测试原理与方法，上海科学技术出版社，1981
【20】黄可智、余寿文著，弹塑性断裂力学，清华大学出版社，1985
【21】高镇同，疲劳应用统计学，北京，国防工业出版社，1986
【22】李灏等，断裂理论与实验研究，武汉，湖北人民出版社，1980
【23】陈传尧、高大兴，表面裂纹的应力强度因子，机械强度，1984(1)：39～55
【24】谢济洲，轴向等幅低循环疲劳试验方法，北京航空材料研究所，1985
【25】崔广椿，疲劳设计基础，东北工业大学，1983
【26】褚武扬，断裂韧性测试，科学出版社
【27】王铎，断裂力学，广西人民出版社，1982
【28】伍义生，一种计算疲劳寿命的新方法——局部应力-应变法，机械强度，1982(1)
【29】童小燕，随机疲劳寿命估算，东北工业大学硕士论文，1985
【30】黄建生，复杂载荷下缺口件疲劳寿命估算的研究，东北工业大学硕士论文，1985
【31】谢里阳，疲劳寿命估算方法的研究，东北工业大学硕士论文，1984
【32】韩红志、宋克强，有限疲劳寿命计算方法，机械强度，1979(10)
【33】黄学增、高镇同，复合应力疲劳强度准则，北京航空大学，1984
【34】崔广椿、王德俊、董遇泰，疲劳强度设计及数据统计处理，东北工业大学，1984
【35】吴富民等，结构疲劳强度，西北工业大学出版社，1985
【36】曾春华，疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展，力学进展，Vol，16，No2，1986
【37】程育仁等，车轴的疲劳寿命分布，铁道机车车辆，1988(4)
【38】程育仁等，钢轨寿命的估算，北方交通大学学报，1980(2)
【39】航空工业部科学技术委员会，应变疲劳分析手册，科学出版社，1987
【40】北京航空材料研究所，航空金属材料疲劳性能手册，1981
【41】铁道部科学研究院金化所等，铁路常用金属材料疲劳裂纹扩展门槛值试验方法，铁道部科学研究院，1986
【42】花正中、陆廷贵，机械结构强度分析研究发展概况，郑州机械研究所，1982
【43】飞机零件常见断裂故障断口分析图册，空军第一研究所，1982
【44】冯端、王业宁、丘地荣，金属物理，上册，科学出版社，1964
【45】宁有连，低循环疲劳试验中径、轴向应变的转换，北京航空材料研究所，1985
【46】吴富民，飞机结构疲劳强度，西北工业大学，1985
【47】王德俊，机械零件疲劳寿命估算的局部应力-应变法，东北工业大学，
1983
【48】凌小马，载重汽车零件寿命估算及随机疲劳试验，东北工业大学硕士论文，1985
【49】徐灏编著，疲劳强度，高等教育出版社，1981：279
【50】王健安主编，金属学与热处理，机械工业出版社，1980：98
【51】李凤照、刘大桑，机械工程材料，1984，(2)：23
【52】张建中，表面形变强化对中碳钢疲劳强度的影响及强化机理，科学技术文献出版社，1985：222
【53】才庆魁，激光幅照对40Cr钢疲劳性能和疲劳裂纹成核的影响，第三届全国疲劳学术会议论文集，1986
【54】凌树森，零部件疲劳寿命的可靠性估计方法，上海材料研究所，1981
【55】高镇同，张行，裂纹扩展的线性累积损伤理论，起落架专业会议文选(三)，航空工业部科学技术情报研究所，1980
【56】张定铨、胡奈赛等，金属材料强度研究与应用，科技文献出版社，1984：263
【57】胡世炎，破断故障金相分析，国防工业出版社，1979：151
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