结构应变法解决低周疲劳问题

所谓焊接结构的低周疲劳（Low-cycle fatigue，简称为LCF），通常指的是焊缝（焊趾、焊根）上的应力已经超出母材的屈服强度且产生了塑性变形。工程上低周疲劳问题时有发生，以轨道车辆中载重吨位很大的散粒货车为例，它需要在翻车机上侧翻卸货，且侧翻次数远少于轨道不平顺导致的载荷统计次数，但是每次侧翻卸货都将对车体结构产生很大的碰撞载荷，在这个次数不多但峰值很高的碰撞载荷作用下，侧墙底部横梁连接焊缝上就曾经发生过这种属于低周疲劳的焊缝开裂。

由于低周疲劳的应力超出了材料的屈服强度而产生塑性变形，因此也称为应变疲劳。从力学的角度看，焊接结构焊缝（焊趾、焊根）上的塑性变形有以下特点：

1）塑性变形不可恢复，外力功不可逆。

2）应力与应变之间表现为非线性的关系。

3）当产生塑性变形时，将同时存在弹性变形区域和塑性变形的区域，且随着载荷的变化两个区域的分界面也会发生变化。(www.xing528.com)

4）在加载过程中服从塑性规律，在卸载过程中服从胡克定律。

从产生塑性变形的特征看，它的力学模型主要分为两类：第一类是应变硬化或加工硬化的屈服模型，即应力—应变曲线的斜率大于零，卸载以后屈服强度提高，通常斜率为常数，这类模型称为线性硬化材料模型；第二类是理想塑性或完全塑性的屈服模型，即应力—应变曲线的斜率恒等于零，加载后屈服强度不变，该模型代表了韧性材料的主要变形特征。

在简单拉伸力的作用下，拉应力大于材料的屈服强度，材料开始产生塑性变形而进入屈服状态。在复杂载荷作用下，材料的应力状态复杂化，这时材料是否进入屈服状态需要一个准则，工程上常用的是冯·米塞斯准则，即将复杂应力状态中的三个主应力等效为一个应力，即冯·米塞斯应力，如果冯·米塞斯应力大于材料的屈服强度，即表示材料进入了屈服状态。本节先从完全塑性屈服开始讨论，然后拓宽到应变硬化屈服。

在2007年推出的ASME BPVC Ⅷ-2标准中，曾经给出了低周疲劳的伪弹性算法，但是更深入的研究证明了这一算法是有局限性的，下面将介绍一个关于低周疲劳的新方法，即结构应变法。