基于结构应力计算应力因数的具体步骤

1）对于标准接头，先计算名义应力，然后计算应力集中系数（SCF），从而获得考虑了应力集中的结构应力。

2）对于非标准接头，利用子结构技术直接计算结构应力。

3）考虑厚度及载荷模式，得到等效结构应力。

4）根据主S-N曲线计算公式，计算疲劳寿命。

5）计算得到的寿命与给定寿命对比，校验是否满足设计寿命要求。

6）由主S-N曲线计算公式，计算给定寿命要求下的等效结构应力。

7）将实际得到的等效结构应力与给定值对比，计算应力因数。

8）根据应力因数，确定应力状态：“高、中、低”。

1.基于结构应力法的案例1

已知条件与7.4.1节的案例1相同，设计寿命为2×10⁶次。

步骤1：因为是标准接头，用有限元法计算应力集中系数及结构应力。首先计算名义应力：；然后建立该接头的有限元模型，提取节点力并计算结构应力σ_ss，其值为74.8MPa。

接着计算接头应力集中系数，其中应力集中系数的定义为结构应力与名义应力之比：，于是应力集中系数SCF=1.87。

步骤2：考虑厚度效应和加载模式效应，根据式（6-19）、式（6-20）和式（6-22）计算等效结构应力，其中：

步骤3：应用主S-N曲线计算疲劳寿命。考虑向下两个标准差的数据，在表6-1中可以查到相关常数，并代入主S-N曲线计算公式：N=（ΔS_s/Cd）^-1/h，于是计算得到该接头的实际疲劳寿命N=4419800次。

步骤4：校核设计寿命和计算寿命。

4419800＞2×10⁶，因此该接头疲劳强度满足设计要求。

步骤5：计算应力因数和确定应力等级。

N_ref=2×10⁶，由主S-N曲线计算公式，给定2×10⁶次寿命时反求得到的等效结构应力：ΔS_ref=135MPa，因此可得到应力因数：

根据EN 15085标准，该应力因数大于0.75小于0.9，所以该接头应力状态等级为“中”。

2.基于结构应力法的案例2

已知条件与7.4.2节案例2相同。

步骤1：建立该接头的有限元模型，用有限元法计算结构应力及应力集中系数SCF。(www.xing528.com)

Δσ_n=40MPa；σ_ss=66.8MPa；；得到SCF=1.67。

步骤2：考虑厚度效应和加载模式效应，计算等效结构应力。

步骤3：应用主S-N曲线计算疲劳寿命，N=5904900。

步骤4：校核设计寿命和计算寿命。5904900＞2×10⁶，该接头强度满足设计要求。

步骤5：计算应力因数和确定应力等级。在2×10⁶次时，ΔS_ref=135MPa。

根据EN 15085，应力因数小于0.75，应力等级为“低”，所以该接头应力等级为“低”。可见端焊缝局部磨削以后，应力集中得到缓解，应力等级也降低了。

3.非标准焊接接头应力因数计算案例

因为前面已经用子结构技术获得了该接头截面上的内力。现在以图7-4中与矩形截面2对应的一条焊缝为疲劳评估对象，这里先假定疲劳载荷是等幅值的，最小值为零。

在如图7-4所示的坐标系下，表7-3已经给出了截面2上的内力，而截面2对应的那一条焊缝所在箱形截面的高度为200mm，宽度为140mm，壁厚为12mm，于是可以得到该截面上的力学特征参数：

A=9216mm²；I_x=84144128mm⁴；I_y=84144128mm⁴，接着计算得到其名义应力S_n=21.1MPa，根据该焊缝焊趾上最大的节点力可以计算得到对应的结构应力Δσ_s=64.4MPa，以及应力集中系数SCF=3.05。

在计算等效结构应力之前，先计算代表加载模式效应弯曲比。

根据本章已经提供的关于弯曲比的公式，可以计算得到：。

这样，综合结构应力、板厚、弯曲比这三个参数，可以得到等效结构应力

将计算结果代入主S-N曲线公式（6-21），就可以计算得到疲劳寿命：89.5=13875.7N^-0.3195，N=7174833次。

假设该焊缝的设计寿命为2×10⁶次，因为N=7174833＞2×10⁶，所以截面2的这个焊缝可以满足设计要求。

在设计寿命为2×10⁶次时，即：N_ref=2×10⁶，由式（6-21），可以反求出其疲劳强度为：ΔS_ref=135MPa。于是有

根据EN 15085标准的规定，应力因数小于0.75，因此该条焊缝的应力等级为“低”。根据上述流程，可以依次对截面2的其余三条焊缝计算出对应的应力因数。