变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明：分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。     

铸造起重机金属结构的疲劳评定方法研究

铸造起重机金属结构的疲劳裂纹源主要位于构造形状突变区域的焊趾部位,裂纹从焊趾处萌生并扩展,因此必须引入局部应力概念对其进行疲劳评定。针对某在役铸造起重机金属结构,分别采用基于中值主S-N曲线的等效结构应力法和基于等效结构应力强度因子的断裂力学法,估算了端梁结构4条主焊缝危险点的疲劳寿命。结合铸造起重机实测裂纹数据进行了反推计算,获得了等效结构应力法的适用S-N曲线和断裂力学法的适用初始裂纹表面长度。研究表明,常规参数的等效结构应力法和断裂力学法是一般焊接结构疲劳评定的有效方法,但针对焊缝质量有特殊要求的重要焊接结构,必须采用合理的参数才能获得较准确的估算结果。     

基于台架试验的轿车后扭梁悬架疲劳仿真研究

后扭梁悬架因其结构简单、成本较低且能满足一般的汽车动力学、运动学要求而被广泛应用于中低级轿车中。但由于后扭梁悬架既要保证足够的强度,以承受后轴的各种载荷,同时又要能提供合适的扭转刚度,以保证整车的侧倾刚度,导致后扭梁的受力比较复杂,高应力区域及危险区域也比较多。首先建立模拟后扭梁悬架台架试验的有限元分析模型,而后计算得到应力集中位置,并模拟后扭梁悬架台架试验条件下的疲劳载荷,借助于疲劳寿命分析软件估算后扭梁悬架各部分的损伤情况。经与台架试验结果的对比,所得试验数据与计算结果基本一致,表明基于有限元技术的后扭梁悬架疲劳寿命预测的可行性。最后分析后扭梁悬架前端刃口处开裂的原因,采用应力转移的思想,优化改进后扭梁悬架的局部结构。     

基于等效结构应力法的正弦波纹腹板焊接梁疲劳评定研究

针对Harrison的正弦波纹腹板焊接梁试验模型,采用等效结构应力法,研究了焊缝焊趾的等效结构应力分布特性及网格大小对应力分布的影响,分析了裂纹萌生位置及其疲劳寿命。对比Harrison的试验结果,验证了等效结构应力法在正弦波纹腹板焊接梁疲劳评定方面的适用性。     

构架管接头焊缝参数对疲劳缺口应力的影响

为了克服整体法进行焊接结构强度设计时造成的母材强度过剩,焊缝强度不足的问题,采用局部缺口应力法,分析了焊缝各局部参数对疲劳应力的影响程度;目的是在不改变整体结构参数的前提下,通过优化焊缝设计参数,实现焊接结构疲劳强度的提高。文章以某动车焊接构架为研究对象,建立了横梁管焊接接头的多尺度模型。以参数化的1mm虚拟缺口模型分析了各焊缝参数变化以及砂轮打磨半径对于缺口应力集中系数的影响规律,结果表明焊趾角度的影响较焊喉深度更为显著,而砂轮磨削的最佳半径为6mm。以构架整体模型分析了焊接接头在各疲劳工况下的实际受力情况,联合各向缺口应力集中系数并采用形状改变能密度准则计算了管接头焊趾处的多轴等效缺口应力。通过与原焊缝设计参数相比较,减小15°的焊趾角度能够降低10%的疲劳缺口应力,6mm的磨削半径则能够降低超过20%的疲劳缺口应力。     

转向架焊接构架强度模型及其对寿命预测的影响

为了对转向架焊接构架疲劳分析模型的合理性进行了探讨,以构架箱体梁为研究对象,针对主焊缝的不同处理方法建立了名义应力模型、结构应力模型和缺口应力模型。通过三种应力模型下应力特点、疲劳评估、累积损伤和参数影响的比较,结果表明:名义应力模型和结构应力模型下的应力大小和方向相似度较高,名义应力模型忽略焊缝的做法具有一定合理性,但前提是以焊趾前端应变片测试位置为应力取值点。缺口应力模型的特点在于能够较真实的描述焊缝局部的应力状态和循环特性;其优势也体现在能够同时对焊趾和焊根进行疲劳评估,因为计算结果显示箱体梁疲劳破坏也可能源于焊根处。由于结构应力模型对焊缝参数的变化并不敏感,进行焊缝参数优化时只能选择缺口应力模型。     

7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测研究

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试,并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型,对焊缝区域进行应力应变分析;结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正,再根据有限元分析结果,使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明,有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命;位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比,局部应力应变法中,2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内,而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内,Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近;缺口应力法中,部分试件预测结果较好,误差在2个因子之内。     

考虑焊趾形貌的十字焊接接头疲劳评定研究

针对十字焊接接头,考虑焊趾形貌特征,分别建立了包含圆弧形焊趾和直线形焊趾的两种有限元模型,分析了焊趾局部的应力状态;以有效缺口应力为控制参量,估算了循环拉伸载荷作用下十字焊接接头的疲劳寿命;开展了相关疲劳试验,对估算结果进行了验证。研究表明焊趾形貌对焊接接头的疲劳特性有较大影响,圆弧形曲线可以较好地描述焊趾形貌,循环拉伸载荷作用下裂纹通常在焊趾部位萌生,且位于靠近焊缝端面的圆弧段凸顶点附近,考虑焊趾形貌的有效缺口应力法可以作为焊接结构疲劳寿命的有效评定方法。     

焊接接头疲劳评定的等效应力强度因子法

等效应力强度因子 (equivalentstressintensityfactor,简称E SIF)法是近年来提出的一种新的疲劳评定方法 ,文中采用 16Mn钢的非承载角焊缝十字接头的疲劳试验结果对E SIF法的有效性进行研究 ,并分析讨论影响这种方法的有关因素。结果表明 ,采用等效应力强度因子法能对 16Mn钢非承载角焊缝十字接头的疲劳性能作出合理的评定 ,并能预测焊接接头的疲劳断裂位置 ,且该方法适合于焊态接头和较小焊趾半径的疲劳评定。等效应力强度因子法对应力集中区单元尺寸有一定的依赖性 ,对实际焊接接头的焊趾半径变化范围 (在 0 .15mm～ 0 .8mm内 ) ,选择焊趾半径与最小单元尺寸的比值 ρ/emin>1.7时 ,可以获得合理有效的等效应力强度因子ΔKⅠ 值计算结果 ;当焊接接头的焊趾半径较小 ( 0 .15mm～ 0 .40mm)时 ,等效应力强度因子法更为合理     

等效结构应力法在塔机关键焊缝疲劳强度研究中的应用

建立了包含焊缝细节的塔式起重机标准节主弦杆与连接螺栓套的计算模型,基于等效结构应力法对连接焊缝进行虚拟疲劳分析,得到了连接焊缝处的疲劳寿命分布和危险点的寿命.同时,利用INSTRON电液伺服系统开展台架疲劳试验研究.研究结果表明:等效结构应力法能够较好地预测和评定主弦杆与连接螺栓套处焊缝的疲劳强度.据此提出了标准节抗疲劳设计的思路与措施.     

冶金起重机主梁疲劳强度的试验与研究

1　概述冶金起重机金属结构主梁的疲劳寿命是设计冶金起重机金属结构的主要指标之一。其中 ,偏轨箱形梁的翼缘板与腹板连接纵向焊缝的焊透性问题 ,是设计和工艺的关键所在 ,也是争论较大的问题。业界同仁就纵向焊缝的未焊透是否为主梁产生疲劳破坏的主要因素、是否要作焊透处理及近几年冶金厂工作级别高的起重机偏轨箱形主梁上翼缘板与腹板连接的焊缝陆续出现开裂的原因是什么、主梁的疲劳寿命能达到多少等问题展开了激烈的争论。对此 ,我们作了大量的试验与研究工作 ,希望能够对相关的设计和制造者以及科研人员有所帮助。冶金起重机主梁的…     

汽车扭力梁加强板焊缝裂纹原因分析

汽车后扭力梁在四立柱耐久试验进行到规定里程近90%时,发现两处加强板和扭梁焊缝末端有明显裂纹。为找出裂纹产生原因,对两裂纹处进行了断口分析、化学成分分析和显微组织分析,并对该结构进行了仿真模拟受力分析。测试结果表明:一处裂纹起源于加强板和焊缝的未焊合处,另一处起源于加强板和焊缝的热影响区,焊缝裂纹的扩展属低应力疲劳扩展。扭力梁和加强板及焊缝的成分、显微组织、焊缝力学性能分析均满足设计要求;仿真分析表明,焊缝末端集中受力远低于屈服强度,存在未焊合缺陷并且服役应力小的区域先于其他服役受力大的区域先开裂。焊缝裂纹的根本原因是存在未焊合焊接缺陷,及焊接过程中的残余应力作用。     

基于等效结构应力的焊接结构疲劳寿命评估

焊接结构的疲劳破坏往往发生于焊缝部位,对于焊缝部位的疲劳分析常用方法有基于名义应力的BS7608标准的、IIW标准的方法,以及基于结构应力的ASME方法.基于等效结构应力的主S-N曲线疲劳寿命预测法由新奥尔良大学的董平沙教授提出,该方法具有疲劳寿命结果不受有限元模型网格大小影响,以及不受接头类型限制的主S-N曲线数据等特点.分析了该方法的疲劳寿命预测原理,并对某搭接接头进行实例分析,验证了该方法的可行性.     

轻型桥式起重机主梁焊缝疲劳寿命影响因素分析

轻型桥式起重机采用先进的优化设计理念,在保证主梁金属结构满足强度、刚度、稳定性的前提下实现减重以降低成本。主梁的损坏大部分是由于承载焊缝的疲劳失效引起,文中以等效结构应力法焊趾疲劳理论为基础,采取数值模拟方法对轻量化主梁焊缝进行疲劳寿命分析,对影响其寿命的因素进行了规律性研究,并推荐主梁承载焊缝的最优形式,研究结果对于箱形梁承载焊缝的可靠性设计具有一定的参考价值。     

东风5型机车焊接构架模拟梁(试件)焊缝区应力分布的探讨

本文通过对东风5型机车焊接构架模拟梁焊缝三个区(焊肉、焊趾、热影响区)沿深度方向的应力测试。得到了大量的测试数据.基本摸清了焊缝区不同处理状态的纵、横两向应力分布情况。为工厂制定工艺提供了可靠的基础数据.填补了我厂对大型焊接件应力分布测试技术的空白。从测试结果看:尽管试件焊后不同的处理状态其应力分布情况差别较大。但是,只要焊后经喷丸处理即能满足目前产品的要求。从而可以降低生产成本缩短生产周期。     

超声冲击处理改善22SiMn2TiB钢焊接接头的疲劳性能

研究超声冲击处理(Ultrasonic impact treatment,UIT)对22SiMn2TiB钢焊接头疲劳性能的作用。疲劳试验用焊态和UIT样品,X射线衍射应力测定仪测试焊态和UIT样品残余应力分布,扫描电镜(Scanning eletron microscopy,SEM)对疲劳样品断口形貌进行分析,确定了裂纹形核机制。结果表明超声冲击处理可以提高22SiMn2TiB钢焊接头疲劳寿命。对于焊接接头,UIT改变了裂纹形核机制,从焊趾处的表面形核演变为次表面形核。UIT处理消除了焊趾处微缺陷,并引入残余压应力,限制焊趾表面起裂,导致焊接接头更长的疲劳寿命。     

桥式起重机箱形主梁焊缝疲劳寿命研究

以某桥式起重机箱型主梁为研究对象,利用ANSYS软件对其进行静态分析,结果表明该起重机静强度以及静刚度均满足设计要求。依据英国标准BS7608,采用FE-SAFE疲劳软件,对主梁翼缘焊缝疲劳寿命进行分析,得出该起重机主梁下翼缘板与主腹板连接处的翼缘焊缝处疲劳寿命最低。并对该处采用不等边角焊缝模型进行对比分析,结果显示适当增加角焊缝一边的长度,且长边位于翼缘板上时,同一焊缝上两条焊趾处的疲劳寿命均有所提高,有助于改善焊接结构件的抗疲劳性能。     

兆瓦级风机机架焊缝疲劳分析

在风力发电机机架的焊缝疲劳分析时,目前应用最广的方法为表面外推热点应力法.表面外推热点应力法直接应用热点应力作为疲劳应力控制参量,板厚尺寸和载荷模式效应通常按经验修正公式考虑,焊趾缺口效应在热点应力S-N曲线中统计考虑.以某兆瓦级风机焊接机架为例,首先建立机架的有限元分析模型,计算得到热点的应力,其次通过将载荷历程与其进行通道合并,并运用雨流计数法计算得到等效疲劳应力,最后结合焊缝的S-N曲线进行焊缝的疲劳强度评定及寿命预测.     

中厚板铝合金光纤激光+MIG复合热源焊残余应力的数值分析

基于热弹塑性理论性,建立铝合金激光+熔化极惰性气体保护焊(Metal inert gas,MIG)复合热源焊残余应力的三维数值分析模型。激光和电弧热输入分别采用双椭球体热源模型和热流密度峰值指数递增的锥体热源模型描述。利用所建模型,通过ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金复合焊对接接头残余应力进行模拟计算,研究其分布特征,并与MIG焊的计算结果进行比较。同时,将温度场与残余应力的计算结果与试验结果进行对比,验证模型的准确性。研究结果表明,在焊缝及近缝区,纵向拉应力及等效残余应力较大,两者应力峰值均低于材料的屈服强度。而相较于电弧作用区域,激光作用区域残余应力相对较高。焊趾处横向残余表现为拉应力,但应力峰值相对较低。与MIG多层多道焊相比,复合焊纵向应力和等效应力高应力区域明显较窄;焊件上表面复合焊应力峰值小于MIG焊,但下表面应力峰值则较MIG焊大。     

不同横截工况下掘进机驱动处焊接疲劳寿命分析

针对掘进机横截工况下履带架驱动处焊接残余应力对疲劳断裂的影响,建立了掘进机横截时系统的力学模型,采用Matlab汇编语言计算出不同横截角下履带架所受侧向力;应用有限元方法,模拟了履带架驱动处焊接残余应力的分布规律。基于以上分析,并结合等效结构应力法对不同横截角下驱动处疲劳寿命进行了分析比较。结果表明当横截角为5°时,履带架所受侧向载荷最小,驱动处焊缝的疲劳寿命最大。