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。     

5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊装配因素对焊缝质量的影响

文中通过5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊对接试验,进行了力学性能分析和X射线探伤,研究接头错边量和间隙量对搅拌摩擦焊对接接头缺陷和力学性能的影响。试验结果表明当错边量大于0.5 mm或间隙量大于0.8 mm时焊缝力学性能下降并伴随下压量增大和缺陷的产生,接头缺陷与拉伸试验断裂部位大多在焊缝前进侧。错边量和间隙量对铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头力学性能及内部质量有重要影响,为保证焊接生产质量,搅拌摩擦焊焊接过程中应该严格控制接头错边量和间隙量。     

栓焊并用连接结构疲劳寿命分析

为了研究端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构在循环荷载下的疲劳性能,通过试验,对比了焊接和栓焊两种不同连接结构疲劳寿命和疲劳失效机理的差异,分析了高强度螺栓对栓焊结构疲劳寿命的影响。结果表明,高强度螺栓能够减小焊缝处的受力,抑制裂纹扩展,提高结构连接刚度,有效延长结构的疲劳寿命。同时利用等效结构应力法对栓焊结构进行了寿命估算。估算结果与试验结果吻合良好,误差在10%以内,验证了等效结构应力法对端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构寿命估算的适用性。     

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。     

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。     

弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝应力计算

滑坡等地质灾害引起的弯曲载荷是导致环焊缝失效的重要因素，管道环焊缝焊接过程中的错边缺陷，容易形成局部应力集中，除设计压力外，环焊缝还能承受的弯曲载荷已成为管道完整性管理中的重点和难点。基于有限元分析数据提出了一种针对弯曲载荷作用下含错边缺陷环焊缝的应力计算方法。首先，给出了管道承受均匀内压和弯曲载荷的近似解析计算公式；然后，针对无错边和含错边缺陷的环焊缝开展有限元计算，采用子模型方法兼顾了大跨度模型的计算效率和环焊缝的计算精度；最后，基于有限元分析数据对经典解析公式进行修正，得到管道环焊缝单点应力的计算公式。经验证，该方法与有限元结果相差1%以内，可适用于弯曲载荷作用下的环焊缝应力计算，是一种可用于工程强度快速评估的精确分析方法。     

变压器油箱含缺陷角焊缝疲劳寿命分析

变压器油箱箱体遍布焊缝，在振动工况下，油箱疲劳破坏常发生于角焊缝内部缺陷位置处。为分析角焊缝缺陷对变压器油箱疲劳寿命影响，建立了变压器油箱箱体有限元模型，根据油箱振动测试数据在nCode软件中对油箱整箱侧壁角焊缝进行疲劳分析，得到无缺陷情况下变压器油箱整箱侧壁角焊缝的疲劳寿命。取整箱侧壁角焊缝疲劳最危险角焊缝，进一步建立局部含缺陷角焊缝模型，分析含气孔、夹渣缺陷时变压器油箱角焊缝的疲劳寿命的影响规律。最终发现：对于夹渣缺陷，夹渣弹性模量与焊缝弹性模量相差越大，越容易造成疲劳破坏，且软夹渣较硬夹渣更为危险；气孔缺陷尺寸的增大会造成疲劳寿命的减少，而气孔位置越靠近焊根，疲劳寿命越小；且气孔缺陷较夹渣缺陷更容易造成疲劳破坏。     

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。     

打磨粒度对A5083铝合金焊接接头力学及疲劳性能的影响

对A5083铝合金焊接接头采用不同粒度的打磨片进行打磨,研究了打磨后焊接接头的拉伸性能和疲劳性能差异,并分析其断口形貌与疲劳性能的关系。80目打磨片条件下的焊接接头拥有最大的抗拉强度以及最高的延伸率,而40目打磨片条件下试样的疲劳极限最高。对疲劳断口进行扫描电镜(SEM)观察,发现裂纹源均为焊缝区的焊接缺陷。研究结果表明,打磨片粒度对A5083铝合金焊接接头的拉伸性能和疲劳性能没有明显影响,焊接接头的质量是其力学性能的主要影响因素。     

25Cr2Ni2MoV钢焊接接头的超高周疲劳特性

对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头开展常温拉压条件下的超高周疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究焊接接头的疲劳失效机理。结果表明,疲劳寿命曲线呈现阶梯状:在高应力短寿命区,疲劳断裂发生在试样母材区较多,多为表面或次表面夹杂物裂纹萌生;在低应力长寿命区,疲劳断裂发生在试样焊缝区较多,多为内部气孔裂纹萌生。断口分析发现:缺陷(裂纹源)尺寸较小或者越靠近试样内部,疲劳寿命越长,且较小缺陷同内部较大缺陷具有相似的裂纹萌生潜力。通过有限元模拟疲劳试样内部微缺陷处的应力分布得出,焊缝区气孔和夹杂物周围的应力集中程度大于母材区夹杂物。结合断口分析发现,母材区弥散分布的粒状颗粒夹杂物数量较多,并且聚集起来会形成更大的缺陷,相比焊缝区夹杂物更容易萌生疲劳裂纹。     

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。     

堆垛机柱脚焊接接头疲劳寿命分析及优化

为了探究工作条件下堆垛机柱脚焊接接头的疲劳寿命问题,对堆垛机柱脚焊接接头进行了动载荷作用下的疲劳寿命分析,并对影响疲劳危险焊缝疲劳强度的相关尺寸进行了优化。首先,建立了含柱脚焊缝的堆垛机柱脚有限元模型,并使用典型受力模式下的静力学分析与焊线处结构应力分析,确定了柱脚危险焊缝位置;然后,建立了含柱脚危险焊缝的堆垛机有限元模型,采用动力学分析得到了动载荷作用下危险焊缝的疲劳载荷谱,并采用结构应力法求解得到了动载荷作用下的危险焊缝疲劳寿命;最后,针对危险焊缝疲劳强度较低的情况,使用响应面优化法对影响柱脚环形焊缝疲劳强度的尺寸进行了优化。研究结果表明：柱脚环形焊缝为柱脚疲劳危险焊缝;在极端工况下,堆垛机危险焊缝疲劳寿命为27.14 y,可以满足堆垛机设计使用年限;优化后的危险焊缝结构应力较优化前降低了15%,危险焊缝疲劳强度得到了较大提高。     

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     

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.     

2195铝锂合金火箭贮箱焊接接头强度分析

为确定火箭贮箱搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头疲劳寿命,完成对贮箱结构的疲劳分析,对2195铝锂合金母材标准试件与搅拌摩擦焊焊接接头标准试验件进行静力试验与常幅疲劳试验,得出母材与FSW焊接接头的拉伸强度等力学性能参数,同时绘制其S-N曲线。在试验数据基础上,应用ABAQUS软件对贮箱进行静力分析,联合NCODE软件估算贮箱模型在给定工况载荷下的疲劳寿命。结果表明：应力最严重位置为筒段焊缝处,最先破坏位置发生在筒段横竖焊缝交接处。在疲劳寿命分析的基础上应用ABAQUS-FRANC3D软件联合仿真,在焊缝破坏位置处插入角裂纹,模拟三维裂纹扩展,当裂纹扩展为穿透裂纹时,计算终止。计算了三维表面裂纹的应力强度因子和裂纹扩展寿命,为贮箱损伤容限提供了评估思路。     

止回阀焊缝安全评定研究

分析了复杂载荷条件下止回阀焊缝的应力分布,研究了焊接模拟试件的拉伸性能、冲击韧性、断裂韧性、疲劳性能、疲劳裂纹扩展速率和门槛值等性能,采用国际上应用的安全评定体系BS7910对止回阀环焊缝中存在的未熔合缺陷进行了安全评定。     

TIG焊趾重熔技术的验证及推广应用

工程机械产品中焊接是最主要的连接方式。在各类产品中,因焊接结构件中疲劳裂纹的生成、扩展,最终导致产品失效的市场反馈居多。由于焊趾区域是焊缝中最易产生缺陷及失效的区域,所以提高和改善焊缝焊趾处疲劳强度对产品质量提升具有重要意义。TIG焊趾重熔处理是消除应力集中和焊接缺陷的手段之一,可以有效降低疲劳失效的风险,且相较于传统的焊趾打磨方法,效率更高,成本更低,适合于大范围的推广使用。     

压弯组合应力下高强钢焊接板表面裂纹疲劳寿命计算

潜艇上浮下潜运动使得其耐压壳承受交变的外压载荷。潜艇耐压壳的疲劳热点为锥一柱过渡结构连接焊缝焊趾处，该处所受的应力特征为压弯组合应力。压弯组合应力下表面裂纹应力强度因子及其疲劳寿命的计算尚无报道。弄清楚压弯组合应力作用下带表面裂纹焊接板试件的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。文中提出用成一定角度的对接焊板试件和轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇耐压壳锥一柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。     

基于等效结构应力法的主梁疲劳寿命评估

以580吨级龙门起重机主梁为例,应用等效结构应力法评估结构焊缝寿命。通过主梁结构的静力学有限元分析,确定疲劳危险部位,利用子模型技术建立具有焊缝细节的危险部位子模型,通过整体模型的位移结果确定子模型的边界条件,求解等效应力,并与整体模型应力对比,保证子模型计算的合理性。利用FE-Safe的Verity模块验证了网格的不敏感性,并与载荷谱相结合,根据主S-N曲线估算出焊趾处疲劳寿命循环次数,为大型龙门起重机寿命评估提供借鉴。     

不同焊接顺序下刨煤机滑架体疲劳寿命分析

针对滑架体焊接残余应力对疲劳断裂的影响,采用有限元方法,分析了滑架体焊接残余应力的分布规律,并结合等效结构应力方法对滑架体疲劳寿命进行了预测,通过试验验证了分析结果的正确性,同时分析了焊接顺序对残余应力及疲劳寿命的影响。结果表明滑架体中板与铲板焊缝处疲劳寿命最小,采用异向不同时焊接方法对滑架体的寿命影响小。