疲勞破壞
    疲勞破壞的概念
    鋼材在連續(xù)反復荷載作用下，其應力雖然沒有達到抗拉強度，甚至還低于屈服強度時，也可能發(fā)生突然破壞，這種現(xiàn)象稱為疲勞破壞。鋼材在疲勞破壞之前，沒有明顯的變形，是一種突然發(fā)生的脆性斷裂，所以疲勞破壞屬于反復荷載作用下的脆性破壞。
    鋼材的疲勞破壞是經(jīng)過長時間的發(fā)展過程才出現(xiàn)的，其破壞過程可分為三個階段：裂紋的形成、裂紋緩慢擴展、最后迅速斷裂而破壞。鋼材的疲勞破壞首先是由于鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻和應力分布不均勻所引起的。應力集中可以使個別晶粒很快出現(xiàn)塑性變形及硬化，從而大大降低鋼材的疲勞強度。對于承受連續(xù)反復荷載的結(jié)構(gòu)，設計時必須考慮鋼材的疲勞問題。
    反復作用的荷載值不隨時間變化，則在所有應力循環(huán)內(nèi)的應力幅將保持常量，稱為常幅疲勞。若反復荷載作用下，應力循環(huán)內(nèi)的應力隨時間隨機變化，則稱為變幅疲勞。其循環(huán)應力譜如圖2和圖3所示。
    反復荷載引起的應力循環(huán)形式有同號應力循環(huán)和異號應力循環(huán)兩種類型。循環(huán)中絕對值最小的峰值應力與絕對值的峰值之比稱為應力循環(huán)特征值，當為拉應力時，或取正號;當為壓應力時，或取負號。如圖1所示，當時為異號應力循環(huán)，當時為同號應力循環(huán)，時表示靜力荷載。應力和最小應力符號相反而其絕對值相等，即時(圖1a)，稱為對稱循環(huán)。當應力為拉應力而最小應力為零時，稱為脈沖循環(huán)。
    對于軋制鋼材和非焊接結(jié)構(gòu)，值越小疲勞強度越低，反之則越高。但對于焊接結(jié)構(gòu)，由于焊縫附近存在著很大的焊接殘余應力峰值，應力循環(huán)特征值并不代表疲勞裂縫出現(xiàn)處的應力狀態(tài)，實際的應力循環(huán)是從殘余應力開始，變動一個應力幅(此處為拉應力，為最小應力，拉應力取正值，壓應力取負值)。因此焊接結(jié)構(gòu)的疲勞性能直接與應力幅有關(guān)而與應力循環(huán)特征值的關(guān)系不是非常密切。
    試驗結(jié)果證明,影響鋼材疲勞強度的主要因素是應力集中、作用的應力幅和應力的循環(huán)次數(shù),而與鋼材的靜力強度無關(guān)(但與鋼材的質(zhì)量有關(guān))。
    應力集中對疲勞強度影響，應力集中以截面幾何形狀突然改變處最為明顯。但對沒有截面改變的鋼材,也存在著微觀裂紋引起的應力集中的因素,如焊接結(jié)構(gòu)及其附近主體金屬中的氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，以及易產(chǎn)生缺陷的焊縫趾和焊縫端部;非焊接結(jié)構(gòu)的孔洞、刻槽;鋼材內(nèi)部的偏析、非金屬夾雜;制造過程中剪切、沖孔、切割等; 同時還有熱軋和焊接時產(chǎn)生的熱殘余應力,尤其是后者對疲勞強度影響更大。根據(jù)試驗研究結(jié)果,可將構(gòu)件和連接形式按應力集中的影響程度由低到高分為8類。第一類為基本無應力集中影響的無連接處的主體金屬,第8類則為應力集中最嚴重的角焊縫