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德晋贵宾厅基于FKM规范对非焊接构件采用名义应

  导读:FKM(《Analytical Strength Assessment of Components in Mechanical Engineering》)规范是德国机械工程研究委员会根据机械产品在实际工程中的应用情况,统计出的针对由钢、铸铁及铝材料制成构件的静强度及疲劳强度的评估规则,考虑了大多数对构件强度(静态和动态)产生影响的因素(表面状况、残余应力、结构细节等),可以基于名义应力法或局部应力法使用利用率对焊接和非焊接构件的静强度及疲劳强度问题进行评估,在欧洲各领域得到了大范围的应用。

  本文分为上、下两篇,上篇主要结合规范,简要介绍基于FKM规范对非焊接构件采用名义应力法及局部应力法进行疲劳强度评估的流程,希望大家能够对采用FKM规范进行疲劳强度评估的过程有概念上的了解。

  下篇将结合FKM针对非焊接构件的手动计算实例及软件计算实例进行介绍,从实例化的的角度分别介绍FKM在非焊接构件疲劳强度评估中的手动及软件计算过程,同时验证FKM Inside ANSYS软件计算结果的准确性及方便性。

  基于FKM规范进行疲劳强度评估采用以下8个步骤进行,如下图1所示,通过应用有限元分析方法、工程计算方法和实验检测得到评估部位的最大交变应力幅

  小于1,则构件在这样的循环载荷作用下被评估部位满足疲劳强度要求,否则不满足疲劳强度要求。

  d.横幅S-N曲线的特征值:在材料S-N曲线的基础上考虑了设计因子及平均应力因子的影响

  采用名义应力法需要材料具有足够的韧性(本规范中材料的韧性基于延展率A进行考虑,一般规定A

  通常,作用于杆状构件的应力类型包括:一个轴向应力(拉伸或者压缩),两个弯曲应力,两个剪应力以及一个扭转应力,各应力分量计算公式参考如下:

  3、局部应力:局部应力包含了由几何缺口产生的峰值应力。在可以定义参考截面的情况下,可以通过采用名义应力乘以应力集中因子的方法计算局部应力。然而,局部应力法通常采用能反映构件真实几何形状的实体模型利用有限元方法计算得到。局部应力法适用于所有构件。局部应力说明如下,参见FKM规范Figure0.3-3:

  针对疲劳评估的材料属性部分,基于静强度已经修正完成的抗拉强度极限,同时需要考虑疲劳强度因子、温度因子。

  :完全相反应力的剪切疲劳强度因子(相关值参见见FKM规范Table2.2.1或Table4.2.1)。

  FKM规范将材料的工作环境温度分为常温、低温和高温,低温情况在FKM规范中未考虑。常温条件下,可忽略温度对材料强度的影响。因此温度因子主要考虑了材料强度由于温度升高所引起的强度降低。针对疲劳强度的温度因子采用

  针对非焊接构件疲劳评估设计参数的修正,需要考虑疲劳缺口因子、粗糙度因子、表面处理因子、覆盖层因子以及GJL因子。综合考虑了对疲劳强度有影响的相关因素后,采用下列公式分别计算拉压、弯曲、剪切及扭转应力的设计参数 :

  ,灰口铸铁因子。其中疲劳缺口因子的计算最为复杂,各相关因子的计算参见下面详细的说明:

  针对名义应力法及局部应力法构件变幅疲劳强度的计算方法相同,注意区分S及

  b.对于变幅应力谱采用变幅疲劳强度极进行评估。变幅疲劳极限评估的简化方法是基于等效损伤应力幅,在这种情况下,采用疲劳极限评估的形式。

  是材料安全因子,该因子针对钢及锻铝合金,考虑了失效后果及是否进行定期检查的影响,具体数值参见FKM规范Tables.4.5.1以及4.5.3

  是铸造因子,该因子只针对铸铁及铸铝材料进行考虑,具体数值参见FKM规范Table.4.5.2

  基于构件的实际循环应力幅、修正后的构件疲劳强度极限以及安全因子计算构件的疲劳利用度。可以计算如下情况:

  ① FKM规范系统性很强,基于名义应力法及局部应力法的疲劳强度评估流程清晰,相关过程均可以通过规范内的公式及表格得到相对准确的数据。本文鉴于篇幅原因,不能将所有过程公式及表格一一列出,请感兴趣人员系统学习FKM规范。

  ② 本文只是针对主体内容进行简单整理,其中部分内容未特殊性说明,还请感兴趣者详细学习FKM规范。

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