LCF测试数据验证：基于实际数据的分析与优化

本节从文献中获得低周疲劳试验数据，以验证在上一节中讨论的结构应变法。在最近报道的参考文献[17，18]中，提供了有使用循环压力的疲劳试验的5个测试结果，其中4个是碳钢容器（350MPa的标称值），一个是不锈钢容器（310MPa的标称值）。图10-17给出了该容器的几何形状，包括疲劳失效位置、焊缝细节，表中还列出了材料、焊接工艺、厚度等参数。通过严格的疲劳测试，发现5个容器检验中第4号数据不可用，其余4个有正常的失效数据。

线弹性有限元分析的结果表明，焊缝的焊趾上的膜应力σ_m=12.7MPa，弯曲应力σ_b=481.5MPa，显然膜应力与弯曲应力之和已经超过了碳素钢及不锈钢材料的屈服强度。接着，基于式（10-32）计算了相应的结构应变及伪弹性结构应力。伪弹性结构应力的计算，主要是将本例压力容器的结果数据与已经在主S-N曲线里的数据进行对比。对比结果如图10-18所示，这里给出了ASME（2005）标准以疲劳失效次数的对数定义的主S-N曲线中值线、±2σ线以及±3σ线。图中纵坐标是等效结构应力范围。图中与4个压力容器对应的4个以实心符号表示的是，仅考虑弹性结构应力范围的计算结果（没有考虑基于结构应变法的低周疲劳修正），在结构应变法被使用以后，用了4个空心符号表示伪结构应力的结果。在没有低周疲劳修正时，4个数据中大多数是靠近-2σ线，而经新的低周疲劳修正处理后，可以清楚地看出在试验数据与现在的主S-N曲线数据之间的相关性得到了改善。

图10-17 在循环压力条件下的平板热容器的几何尺寸和疲劳破坏位置(www.xing528.com)

图10-18 压力容器及相关数据

注意，不要将这里定义的结构应变法与传统的应变寿命法混淆，它们之间最主要的区别是：结构应变法推导的应变，是在一个假设的裂纹平面上的应变，它满足平面仍然保持平面的条件，而应变寿命法使用的是由局部应变定义的。