顶板-纵肋焊接细节残余应力的松弛效应

为了准确把握钢桥面顶板-纵肋焊缝位置的真实拉、压状态和应力比对正交异性钢桥面板（OSD）疲劳寿命的影响,通过建立焊接残余应力与车载应力的耦合应力分析模型,构建焊接残余应力和车辆荷载耦合作用下的应力比、等效应力幅等疲劳参数计算方法,形成了焊接残余应力与车载应力的耦合应力精细化计算方法. 以江阴长江大桥为例,应用该方法,开展车辆荷载和残余应力场对疲劳损伤的定量分析. 案例分析表明,焊缝位置残余拉应力在叠加了以拉应力为主的循环车载应力后,纵、横向应力松弛大小均超过车载应力峰值,出现明显的应力松弛现象,而叠加以压应力为主的循环车载应力后,应力松弛效应不明显;与仅考虑车载应力作用下的焊缝位置应力状态相比,考虑焊接残余应力和车载应力耦合作用之后,压应力循环工况焊缝位置疲劳应力状态发生了本质变化,即由不需要进行疲劳验算的压应力状态变为拉应力状态;拉应力循环工况的疲劳状态虽未改变,但该状态下焊缝位置的疲劳寿命由无限变为有限.     

对接焊缝残余应力对疲劳裂纹扩展的影响

研究了平板对接焊缝的疲劳裂纹扩展问题,提出了一种考虑残余应力场重分布的裂纹扩展寿命计算方法.基于Terada提出的焊接残余应力场随裂纹扩展重分布的模型,在裂纹扩展过程中不断更新残余应力引起的应力强度因子和应力比并在此基础上计算构件裂纹扩展寿命.采用该方法分析了某焊接钢板的裂纹扩展寿命,并和不考虑残余应力场重分布的叠加法进行了对比.研究表明,提出的基于焊接残余应力场的疲劳裂纹扩展分析方法更加符合实际情况,可以预测出相对准确的裂纹扩展寿命.     

铝锂合金2198-T8机身整体搅拌摩擦焊接壁板的疲劳性能研究

采用铝锂合金2198-T8,对未来搅拌摩擦焊接机身整体壁板的结构形式进行了设计,并把机身整体焊接壁板的结构形式简化为2种典型试验构型。采用中子衍射方法测得铝锂合金2198-T8单焊缝和双焊缝板的残余应力分布,并对2种试验件的残余应力分布进行了研究;对2198-T8母材和2种典型焊接试验件进行疲劳试验,测得不同尺寸的试验件裂纹扩展速率,并进行对比分析。采用ABAQUS软件建立了有限元数值计算模型,计算出2种情况下由残余应力引起的应力强度因子(Kresidual),研究了残余应力对于疲劳各参数的影响,采用Newman闭合模型计算出2种模型的疲劳寿命,并和试验寿命相对比。试验和数值结果表明:双焊缝试件的疲劳寿命比单焊缝试件长4倍;残余应力的存在改变了疲劳参数分布。     

高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究评析

高耸高层钢结构焊缝在风和地震作用下的疲劳裂纹萌生和扩展是一种危及结构安全甚至引起结构倒塌的钢结构重要破坏形式,已经引起国际土木工程领域的关心和重视.高耸高层钢结构焊缝多轴高周弹性应力疲劳和多轴低周塑性应变疲劳劣化机理和寿命预测的研究现状是:1)焊缝应力和应变演化过程分析;2)焊缝疲劳损伤表征;3)焊缝疲劳寿命预测与设计方法.在此基础上指出未来的主要研究方向,包括:1)焊缝多尺度应力和应变状态模拟方法;2)焊接残余应力场的产生机理、分布模式和松弛规律;3)焊缝等效疲劳损伤参量的数力学表征;4)焊缝疲劳劣化机理;5)焊缝疲劳寿命预测方法.研究结果可为高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究提供参考.     

焊缝宽度对对接接头疲劳强度的影响

基于建立的Q235A钢对接接头3D实体模型进行有限元分析,模拟焊缝宽度对焊缝对接接头疲劳强度的影响. 使用ABAQUS CAE软件建立8种不同焊缝宽度几何模型,对模型进行网格划分并计算结构应力. 基于网格不敏感结构应力法分析对接接头的应力,使用ABAQUS软件中Fe-safe模型进行疲劳寿命预测. 模拟结果表明:对接接头焊缝的疲劳性能先随焊缝宽度增大而增强,随着焊缝宽度的继续增大,疲劳性能反而有逐渐减弱的趋势.     

基于八节点二次壳单元的等效结构应力法

基于八节点二次壳单元的节点力和节点力矩,导出了焊趾截面上的分布线力与分布线力矩,进而分别针对闭合焊缝和非闭合焊缝对线力和线力矩进行了单元集成.以T型焊接接头为研究对象,验证了基于八节点二次壳单元的焊趾结构应力对单元类型与网格尺寸的不敏感性,并根据已有结果验证了其有效性.对RHS管接头T型焊缝两条焊趾的结构应力进行了计算,发现若圆弧拐角处的网格过于稀疏将引起单元中间节点的结构应力产生较大波动,该问题可以通过网格加密得以解决;利用等效结构应力与主S-N曲线,对RHS管接头的疲劳失效位置与疲劳寿命进行了预测,数值结果与实验测试数据基本吻合.     

动车水箱疲劳振动试验及数值模拟研究

轨道车辆及车载设备大量使用焊接结构,其在振动载荷作用下的疲劳破坏通常发生在焊缝处.针对动车水箱焊缝疲劳寿命开展随机振动台架试验及数值仿真研究.在台架试验中,按试验规范输入强化加速度随机振动自功率谱,检验该水箱是否满足疲劳寿命的要求.在进行数值模拟研究中,按试验工况条件建立水箱疲劳寿命仿真模型,其中将振动试验的激振信号作为仿真的输入载荷,采用壳单元建立水箱构件及焊缝的有限元模型,通过附加质量等效内部液体,根据BS7608标准确定相应焊缝的S-N曲线,采用名义应力法预测水箱焊缝在试验工况下的疲劳寿命.仿真所得焊缝失效部位及疲劳寿命与振动台架试验结果基本吻合,说明该焊缝疲劳寿命预测方法的正确性,为焊接结构疲劳设计提供有效的分析算法.     

潜艇结构疲劳裂纹形成寿命的分析

以新的高强度钢潜艇锥柱过渡结构为对象,分析了该潜艇结构疲劳热点处的应力及焊接残余应力,这种焊接结构的焊接残余应力为横向最大值０．３σｓ,纵向最大残余应力０．３５σｓ,计及残余应力影响,用局部应力应变法对该潜艇结构的疲劳裂纹形成寿命进行了计算,结果表明该潜艇结构在给定条件下不会萌生疲劳裂纹。     

铸钢节点对接焊缝有效缺口应力分析

为了研究铸钢节点对接焊缝的疲劳性能和寿命评估方法,对一种常用的铸钢热轧钢对接焊缝试件进行了疲劳试验研究,得到了刚度、位移与疲劳寿命阶段之间的关系。根据疲劳试验现象和断面的电镜扫描结果,提出了该类试件的疲劳失效机理。此外,采用有效缺口应力法预测了铸钢节点对接焊缝的疲劳寿命,并在考虑了平均应力和焊接残余应力的前提下,提出了改进的有效缺口应力法,分别将预测结果与实测疲劳寿命进行了对比。研究结果表明：铸钢节点对接焊缝的疲劳过程可分为稳定阶段和断裂阶段。稳定阶段占总寿命比例≥80%,断裂阶段≤20%。有效缺口应力法能在一定程度预测疲劳寿命的变化趋势,但结果偏危险,改进的有效缺口应力法能提供较安全的预测结果。     

焊接残余应力对钢桥面疲劳性能的影响与处理措施

为改善正交异性钢桥面的抗疲劳性能,对钢桥面进行退火处理以降低关键焊缝的焊接残余应力。首先系统性地回顾和探讨钢桥面焊接残余应力分布模式,同时就残余应力对疲劳裂纹发展的影响进行了文献分析。随后,归纳和总结了国内外主流焊接残余应力消除方法,并开展对比分析。借鉴压力容器制造方法,建议在正交异性钢桥面制造中引入退火处理工艺以降低焊接残余应力。研究聚焦钢桥面中疲劳问题较突出的顶板与U肋连接焊缝,设计了16个(其中9个退火处理,7未作处理)局部足尺单U肋试件进行残余应力测试与疲劳试验。试验结果表明,退火处理后焊缝残余应力实测值降低约80%,疲劳强度提高约23%。可以看出,退火处理可以大幅降低焊接残余应力,从而有效提升钢桥面抗疲劳性能。     

钢板对接焊接残余应力的数值分析与试验测定

对采用对接焊缝拼接钢板的焊接过程进行数值模拟,确定焊接残余应力,分别采用盲孔法与切条法对对接焊缝拼接钢板的焊接残余应力进行试验测定,以切条法试验测定结果为标准,对数值分析方法及盲孔法测定结果的精度进行了评价.分析结果表明:数值分析得到的对接焊缝拼接钢板的焊接残余应力分布和大小均与切条法测定结果基本一致,验证了钢结构焊接残余应力数值分析方法的适用性;盲孔法测定的钢板焊接残余应力分布规律与切条法基本一致,但由于盲孔法钻孔精度不易控制,盲孔法测定的焊接残余应力数值误差较大.     

考虑焊缝疲劳的工程车轮弯曲疲劳寿命分析

工程车轮作为一种典型的焊接结构件,其结构中包含多条焊缝,在车轮弯曲疲劳试验过程中,焊缝承受着较大的动应力,极易产生应力集中并导致裂纹萌生.为对焊缝处进行疲劳分析,在采用逆向工程技术创建包含焊缝在内的工程车轮三维实体模型的基础上,建立了车轮弯曲疲劳分析的有限元模型,分别选择名义应力法和BS7608标准对车轮焊缝区和非焊缝区进行疲劳分析,得到工程车轮的弯曲疲劳寿命,与不考虑焊缝的车轮弯曲疲劳寿命对比,工程车轮弯曲疲劳最危险的位置为轮辐和轮辋角接焊缝处而非轮辐的螺栓孔附近.最后对上述仿真和计算结果进行了试验验证,证明了包含焊缝的车轮有限元模型和分析方法的正确性.     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场.基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响.结果 表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发...     

基于有效缺口应力法的钢桥焊接细节疲劳分析

为了验证有效缺口应力法对于钢桥焊接构造细节疲劳寿命评估的适用性,简化基于S-N曲线的疲劳寿命评估程序,开展3种典型钢桥焊接构造细节在应力比为0.1的条件下的高周疲劳试验.采用ABAQUS有限元分析局部有效缺口应力,得到不等厚对接焊接接头、十字形非传力角焊缝接头和十字形传力角焊缝接头疲劳试样的有效缺口应力S-N曲线,探讨局部有效缺口应力对焊接接头失效模式的影响.结果表明,焊接位错量会严重影响十字形传力角焊缝接头的失效模式,采用有效缺口应力法可以有效地区分焊根或焊趾失效;名义应力S-N疲劳设计曲线与有效缺口应力FAT225疲劳设计曲线相比,具有更高的安全保证.3种构造细节的有效疲劳试验数据表明,采用有效缺口应力FAT200疲劳设计曲线更合理.     

潜艇锥柱结合壳焊缝焊趾处初始裂纹尺寸评定

潜艇锥柱结合壳焊缝焊趾处是结构疲劳热点部位,该处焊接缺陷初始裂纹尺寸的评定对于结构疲劳寿命的计算有着重要的意义.文章从不同角度,分别采用检测仪器灵敏度的下限、工程上定义的萌生阶段、焊缝的评级标准以及探伤缺陷的统计分布等方法对焊接缺陷进行评定分析,最终得出初始裂纹尺寸为:c0=2.5 mm,a0=0.1 mm.结合断裂力学方法,对该处疲劳寿命进行了分析,与实验结果比较得知,该评定结果与实际符合,在工程应用中具有可信度.     

高温超导电机磁体支撑结构焊接残余应力分析及影响研究!

焊接残余应力不仅可能使高温超导电机磁体支撑结构产生裂纹,还可能与外加载荷叠加后改变磁体支撑结构的承载能力。应用轴对称模型及单元生死技术,对高温超导电机磁体支撑结构进行了焊接数值模拟,得到了焊缝残余应力的分布规律,同时在结构强度分析中考虑了焊接残余应力的影响。数值模拟结果表明:最大残余Mises应力出现在焊缝区域,远离焊缝区的应力几乎为零;整体退火对焊接残余Mises应力的降低非常有效;焊接残余应力和外载荷作用下的Mises应力进行了叠加,导致磁体支撑结构的强度明显下降。研究结果为磁体支撑结构的设计、生产工艺的优化及降低焊接残余应力提供了理论依据。     

高温焊接对16MnR钢疲劳寿命的影响

对高温焊接16MnR钢试件做了焊接残余应力测试和疲劳寿命试验。结果表明,高温焊接可显著降 低焊接残余应力和提高疲劳寿命。750 ℃和850 ℃高温焊接比常温焊接的纵向残余应力最大值分别降低55%和 68%,750℃和850℃高温焊接比常温焊接试件的疲劳寿命分别提高50%和98%。对高温焊接的这些特点的原因 做了分析,认为该方法是比较可行的。     

考虑两种焊缝连接的钢桥节点残余应力分析

对同时考虑角焊缝与对接焊缝连接的铁路钢桥节点的焊接残余应力进行了研究。以某钢桥节点为工程背景,依据铁路钢桥的制作方法、施工顺序及电弧焊的工艺参数,采用有限元分析软件建立该铁路钢桥节点的三维热力学有限元实体模型,对钢桥整体节点同时考虑角焊缝与对接焊缝连接的焊接残余应力分布进行了数值模拟,并将模拟的结果与不考虑对接焊缝的残余应力结果进行对比分析。数值结果表明:对接焊缝与角焊缝相交处出现拉压交替复杂的应力状态,并且残余应力峰值也有所增大。     

磁性法测定A633D钢焊接接头残余应力的研究

本介绍了一种无损伤测定焊接残余应力的方法，即磁测应力法；采用该方法对A633D焊接接头焊缝正面及其背面不同位置的焊接残余应力进行了测试；并分析了焊接接头残余应力的分布规律。试验结果表明：该测试方法可靠性好，且不损伤焊接接头。     

LY12装甲铝合金焊接残余应力研究

采用钻孔-电测法对LY12铝合金垂直于焊缝方向的焊接残余应力及其分布规律、产生的原因进行了分析,探讨了残余应力的消除措施.研究表明：板厚为6mm的LY12铝合金的焊接残余应力呈双向应力状态;垂直于焊缝方向的残余应力,在焊缝上的应力较大,沿远离焊缝方向逐渐减小,纵向残余应力σx比横向残余应力σy大得多.热处理后的结头强度为236.5 MPa,比未处理的强度提高58.7%.