基于主S-N曲线法的焊接结构疲劳寿命预测系统开发和关键技术

根据ASME标准的计算公式,开发基于主S-N曲线法的焊接结构疲劳寿命预测软件,其核心是采用网格不敏感结构应力及一条主S-N曲线的方法计算焊接结构的疲劳寿命.系统开发选用面向对象的VC++语言和OpenGL开发库;采用模块化程序设计的思想将系统划分为有限元定义模块、焊缝定义及结构应力计算模块、载荷谱管理及雨流计数模块、主S-N数据管理及疲劳计算模块等4个核心模块;开发专用的接口程序和三维交互界面.该软件系统已在我国轨道交通制造行业中得到良好应用.以某货车车体关键焊缝疲劳寿命计算为典型实例,用软件系统进行车体疲劳寿命评估,计算结果表明该货车焊缝满足设计要求,同时也证明该软件系统的实用性和高效性.     

基于主S-N曲线法的T形接头疲劳评估和试验验证

以T形焊接接头为研究对象,将可能发生疲劳破坏的焊趾截面和焊喉截面的节点力转换为相对于中面焊线的等效节点力和弯矩,并利用平衡等效原理转化为线力和线弯矩,基于材料力学公式求出截面的结构应力,解决应力对网格尺寸敏感的难题。从焊缝疲劳破坏的机理出发,基于Paris断裂力学公式推导以等效结构应力为变量的一条主S-N曲线,评估焊缝的疲劳寿命。分析结果发现：采用主S-N曲线法评估的寿命与试验值最接近且破坏位置准确,该主S N曲线法准确性较高。     

前副车架焊缝疲劳分析和寿命优化

为评估前副车架的耐久性能,利用FEMFAT分析某汽车前副车架的疲劳寿命.提出焊缝不同区域单元的尺寸要求和焊缝连接单元的厚度要求,以保证前副车架焊缝的局部应力真实可信;采用S-N法预测焊缝疲劳寿命,计算得到的开裂位置和行驶距离与道路试验吻合良好;通过加强局部结构并重新布置焊缝位置,使前副车架通过耐久试验测试.分析表明:通过规范焊缝的建模要求,根据实际结构设置合适的焊缝类型,可准确预测焊缝的疲劳寿命,指导焊缝布置,优化产品结构.     

基于主S-N曲线法的地铁制动箱焊接疲劳分析

为研究地铁车辆制动箱焊接接头的疲劳寿命,根据实际结构建立4节点壳单元有限元模型,给出搭接焊和T型焊的焊缝建模方法.在3种振动工况下,运用主S N曲线法计算焊缝的等效结构应力和对应损伤比.结果表明：该地铁车辆制动箱焊接结构设计合理可靠;通过与实体单元模型计算结果进行对比证明壳单元模拟焊缝的合理性;在不同尺寸单元下对比2种疲劳评估方法,结果表明名义应力法预测疲劳寿命的准确性较低.     

轿车设计中的焊点疲劳寿命预测方法

介绍一种焊点疲劳寿命预测的工程计算方法. 用有限元分析中的CWELD单元模拟焊核,用壳单元模拟连接板,根据CWELD单元传递力和力矩计算焊核附近连接板和焊核周围的"结构应力";然后通过一组焊点S-N曲线估计焊点的疲劳寿命. 通过分析预测焊点疲劳寿命以及相应位置,发现白车身薄弱环节.     

基于名义应力法的弹性链型接触网疲劳寿命预测

针对高速铁路弹性链型接触网进行接触线疲劳寿命预测分析.利用ANSYS,采用直接积分法对弓网耦合系统进行动态仿真,得到接触线的应力时程;运用雨流计数法得到离散的应力循环,采用应力修正算法得到平均应力为零的疲劳应力谱;通过简化方法估算获得材料S-N曲线,从而计算得到疲劳破坏次数;最终运用线性累积损伤理论预测接触线的疲劳寿命.对比分析接触线不同位置的疲劳寿命值,结果表明:接触线每跨疲劳寿命趋势一致;每跨在吊弦处和定位点处疲劳寿命较低,其中寿命最低值出现在左侧第一根吊弦处,疲劳寿命最低值为20 a左右.结果可为高速铁路弹性链型接触网接触线的实际施工维护和更换周期的确定提供参考.     

基于ALGOR的汽车钢板弹簧疲劳仿真分析

针对汽车平衡悬架钢板弹簧设计过程中,对力学特性和疲劳寿命仿真计算效率、精度等要求很高的问题,利用Auotodesk Inventor建立某汽车多片钢板弹簧的CAD模型并进行合理的模型简化;应用ALGOR的非线性MES模块求解接触应力及总成预应力;通过ALGOR Fatigue Wizard进行疲劳寿命预测,提出S-N曲线的获取方法并对比修正结果.结果表明：在交变载荷作用下,最小疲劳寿命处于最大主应力位置;Goodman的结果修正更可靠.另外,ALGOR中的自动六面体网格技术、S-N曲线自动生成等前后处理技术可大大降低仿真技术应用的难度.     

基于热点应力法的桥式起重机主梁焊缝疲劳寿命分析

针对在起重机初期设计阶段由于实验数据短缺而难以快速准确地预测结构疲劳寿命的难题,依据IIW标准,应用热点应力法,用Marc进行桥式起重机主梁焊缝有限元应力分析.分析结果表明,应用热点应力法和有限元分析相结合的方法计算焊缝疲劳寿命简单可行,可实现在产品设计阶段有效地预测焊缝应力的分布,降低焊缝应力峰值,从而可有效地防止或延缓局部焊缝开裂现象发生.     

直升机尾减速器连接寿命的确定

按照新的适航规章确定直升机尾减速器连接寿命,并给出结构检查周期.利用有限元分析结合Miner线性累积损伤理论对结构连接按照设计目标寿命进行详细尺寸定义;利用结构疲劳试验结合Miner线性累积损伤理论给出结构连接寿命;载荷谱分别选用有限元计算疲劳载荷谱和实测疲劳载荷谱,同时按照相应的准则将材料的平均S-N曲线转换为计算安全S-N曲线和试验安全S-N曲线.     

大功率柴油机连杆疲劳试验和数值模拟

对某型大功率柴油机连杆进行疲劳强度试验,观察连杆断口的微观形貌,分析连杆断裂的主要影响因素.试验结果表明:连杆杆身的残余压应力通常会使疲劳裂纹萌生在构件次表层,具有高平均应力水平的连杆小头对表层夹杂缺陷更加敏感.运用三维有限元数值计算方法和疲劳寿命预测理论,对连杆疲劳耐久性试验进行数值模拟.连杆疲劳试验与虚拟疲劳寿命预估结果的比较表明,基于材料S-N曲线的疲劳寿命预估方法在一定程度上能对疲劳试验中连杆破坏的薄弱部位和疲劳寿命进行模拟与预测.     

基于主S-N曲线的带止裂槽焊接接头疲劳寿命预测及改进

以带止裂槽焊接接头为研究对象,提取可能发生疲劳失效的焊趾截面、焊喉截面和止裂槽截面的节点力,基于主S N曲线法求解截面的等效结构应力,评估焊缝的疲劳寿命,并提出改进接头的建议。分析发现：止裂槽的存在会显著增加局部位置的应力,导致疲劳寿命明显降低。填充止裂槽并适当增大水平方向焊脚尺寸,可以提高该位置疲劳寿命10倍左右。     

基于结构应力和Eurocode 3标准的非熔透焊缝静力强度评估方法

针对Eurocode 3标准提供的角焊缝计算公式难以直接用于工程结构中非熔透焊缝静力强度评估的问题,分析网格不敏感结构应力法中结构应力的3个膜应力分量与Eurocode 3标准中的3个焊缝应力,发现两者高度一致.基于此,提出基于结构应力的非熔透焊缝静力强度评估方法,并对驮背运输车油缸支座关键焊缝的薄弱截面进行结构应力计算,结果表明:焊缝长度方向的应力分布复杂;以焊缝最大组合应力接近许用应力为判据估算得到导向轮的极限载荷约为30 t.研究结果可为准确评估焊接接头的安全性提供理论依据.     

焊点模拟方法对疲劳仿真寿命的影响

为改善焊点疲劳仿真寿命分布的合理性,基于盒状样件,讨论焊点的模拟方法对疲劳仿真寿命的影响,并进行疲劳仿真结果与试验结果的对比分析.结果表明,梁单元焊点模型和ACM焊点模型受网格尺寸的影响较大;而nugget焊点模型受网格尺寸影响相对较小,即使在焊点周边的网格尺寸一致性不好的情况下,该模型也能给出相对合理的寿命分布结果.     

兆瓦级风力发电机组轮毂强度数值分析

基于GL规范,采用有限元法对某兆瓦级风力发电机组轮毂进行极限强度分析.对轮毂S N曲线进行修正,分析疲劳计算需要考虑的载荷工况,使用GH Bladed软件仿真得到疲劳计算所需的载荷时间序列.使用ANSYS/nCode软件对轮毂进行疲劳寿命分析,结果表明轮毂的极限强度和疲劳强度均满足设计规范的要求.分析结果可以为兆瓦级风力发电机组轮毂的结构设计提供参考.