EH36钢焊接接头海水腐蚀疲劳性能及断裂机制

以EH36钢焊接接头为研究对象,研究了其在南海实际海水环境下不同应力范围的腐蚀疲劳寿命及腐蚀疲劳断裂机制。根据DNV-RP-C203标准中规定修正实际海水环境腐蚀疲劳试验结果,修正后的S-N曲线方程为lg N=15.414-4.005lg Δσ。从S-N曲线上可看出,EH36钢焊接接头在实际海水中寿命随着疲劳应力范围的增大而显著降低,其腐蚀疲劳性能优于DNV-RP-C203标准模拟海水环境下的焊接接头的腐蚀疲劳性能。采用扫描电镜观察焊接接头腐蚀疲劳断裂面发现,腐蚀疲劳裂纹源区主要发生在焊接接头表面,分析原因为焊接接头表面产生的腐蚀坑周围具有显著的应力集中,导致裂纹萌生。腐蚀疲劳裂纹扩展区宏观上较为平坦,焊接接头表面多处裂纹源区产生的撕裂棱在此区域汇合成一条撕裂棱;微观上裂纹扩展区出现了明显的疲劳台阶和二次裂纹,裂纹扩展方式主要为穿晶;腐蚀疲劳瞬间断裂区主要形貌为韧窝,断裂形式主要为塑性断裂。创新点： 基于成组法疲劳寿命预测理论,得出EH36钢在南海海水环境下的焊接接头的S-N曲线。同时结合微观分析方法研究焊接接头腐蚀疲劳断裂面微观特征,揭示实际海水自由腐蚀环境下EH36钢焊接接头腐蚀疲劳机制。     

基于热点S-N曲线的Q235B焊接接头疲劳评定的数值模拟

在有限元技术的支撑下,通过热点应力法和回归计算获取焊接接头热点S-N曲线相关参数,在有限元疲劳软件MSC.FATIGUE中实现中值热点S-N曲线的生成和修正,并比较试验疲劳寿命和模拟疲劳寿命.模拟结果表明:通过热点应力法得到的不同热点S-N曲线经过修正后,获取的Q235B钢焊接接头的疲劳强度与国际焊接学会推荐值基本符合,采用IIW推荐的一条热点S-N曲线可以实现Q235B钢对接接头和非承载十字接头的寿命估测,且结果与试验符合较好,与理论一致.     

基于不同S-N曲线的横向十字焊接接头疲劳寿命预测

通过疲劳分析软件MSC.Fatigue自动生成了3种不同S-N曲线,即试验S-N曲线、经验S-N曲线和标准S-N曲线,考虑了残余应力、平均应力、接头外形对焊接疲劳的影响,并按相关规则修正后对碳钢Q235B十字焊接接头进行了疲劳寿命预测,并进行了比较分析.结果表明,基于MSC.Fatigue的S-N曲线法模拟的焊接接头疲劳损伤部位及损伤程度与试验结果一致;试验S-N曲线预测值与标准S-N曲线预测值偏差在7.9%~28%,与经验S-N曲线预测值偏差3.3%~19%,经验S-N曲线预测结果偏高,而标准S-N曲线预测结果相对比较保守.     

基于缺口应力法的IIW多轴疲劳准则分析

焊接接头的多轴疲劳强度评估是领域内的复杂课题.结合缺口应力法,利用ⅡW多轴疲劳准则对已公开发表的文献中的多轴疲劳试验数据进行了重新评估.结果表明,缺口应力系统下的比例加载与非比例加载数据点重合性较好;ⅡW推荐的单轴疲劳评估S-N曲线不适用于多轴疲劳评估,循环次数在1×104 ~1×105范围内时,可能得到偏危险的评估结果;而高于1×105次时,评估结果过于保守.基于此,拟合得到了存活率P_s=97.7%的S-N评估曲线,其疲劳等级FAT=430 MPa,斜率m=5.8,同时适用于比例加载与非比例加载,可为工程焊接结构疲劳寿命预估提供参考.     

焊接结构模态结构应力法程序开发及工程应用

主S-N曲线法作为疲劳计算的新方法在焊接结构疲劳分析中被广泛采用.为了实现该方法在试验载荷下基于稳态动力学计算结果开展焊接结构疲劳寿命预测,首先引入台架模型作为边界条件,实现将试验载荷作为仿真分析的输入,基于模态叠加法的稳态动力学理论获得较准确的焊缝动态响应.其次在主S-N曲线法的准静态计算流程基础上,扩展其内涵,提出基于模态结构应力叠加的动态结构应力计算方法,该方法将稳态动力学计算的模态坐标与焊缝的模态结构应力进行叠加,实现动态结构应力计算及动态等效结构应力计算,再采用主S-N曲线进行寿命评估预测.进一步开发了焊接结构模态结构应力法疲劳评估软件,基于该软件开展了车体疲劳评估和疲劳试验对比.结果表明,该方法比传统方法更能有效地识别出动态加载下车体的疲劳破坏部位,验证了该方法在试验动态载荷加载下开展焊接结构疲劳评估的有效性和优越性,为研究焊接结构疲劳寿命评估理论和拓展主S-N曲线法提供了技术基础.     

网格不敏感结构应力的焊接疲劳数据分布

为分析网格不敏感结构应力的焊接疲劳S-N数据分布具有高收敛性的机理,基于钛合金焊接接头疲劳试验数据,分别基于名义应力、主S-N曲线法中的结构应力及等效结构应力建立焊接疲劳数据坐标,并以最小二乘法拟合S-N曲线,应用粗糙集分析方法,以接头类型、相对板厚、载荷比、应力比等焊接疲劳主要影响因素作为条件属性,以疲劳数据对于S-N曲线的偏离度作为决策属性,对基于三种应力的焊接疲劳数据分布规律对比分析.结果表明,基于网格不敏感等效结构应力所建立的S-N数据分布更为集中和均匀,在预测焊接接头疲劳寿命方面具有更高的准确性.     

Q235B钢对接焊接头振动S-N曲线的分析

通过分析确定Q235B钢对接焊接头的振动疲劳S-N曲线与静疲劳S-N曲线是具有相同斜率的连续型曲线,并基于静疲劳S-N曲线推得振动疲劳S-N曲线的表达式.文中通过试验确定了Q235B钢对接焊接头的静疲劳S-N曲线和不同加载频率下对应的真实拉伸强度,确定了振动疲劳修正系数为0.345 2,经过残余应力和接头板厚修正后,利用振动疲劳S-N曲线预测了疲劳寿命为5×106周次时振动疲劳极限为114.84 MPa,与试验值相差仅为7.60%.结果表明,文中所用方法能够用于Q235B钢振动S-N曲线的推断.     

铝合金非承载十字接头疲劳特性

基于结构应力法,计算拉伸疲劳加载时不同几何尺寸的7N01铝合金非承载十字接头的结构应力,并结合疲劳试验数据建立其疲劳失效的主S-N曲线.结果表明,与名义应力法相比,基于结构应力法的主S-N曲线线性相关性更好,能够适应不同几何尺寸十字接头疲劳的计算.进一步分析相同名义应力下,承载板厚度对疲劳寿命的影响,结果表明,接头疲劳承载能力的增加与板厚的增加并非线性关系,随着承载板厚度增加,接头疲劳寿命降低.     

低碳多元高强结构钢焊接接头疲劳强度试验及分析

对低碳多元高强结构钢焊接接头在应力比r=0．12下，采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法，进行了拉．拉疲劳强度试验。对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析，并对疲劳断口进行了扫描电镜观察。试验结果和分析表明：对接接头的疲劳极限σ0.12=230MPa；角接接头的疲劳极限σ0.12=130MPa；得到了两种接头型式的S-N曲线和P-S-N曲线方程。在应力水平250MPa、可靠度95％条件下，对接接头的中值疲劳寿命是角接接头中值疲劳寿命的6～18倍。疲劳断口分析认为，焊缝的焊趾和裂纹是影响高强钢疲劳强度的主要原因。     

焊接构件虚拟疲劳仿真分析

针对焊接结构中焊缝经常出现疲劳破坏的问题,提出虚拟疲劳试验方法.利用有限元数值仿真结果及焊接接头S-N曲线数据,在计算机中模拟疲劳试验过程,完成对焊接结构件疲劳寿命的预测.通过对焊接构件的疲劳寿命仿真分析,证明此抗疲劳设计方法可行.     

焊接结构超高周疲劳主S-N曲线拟合及寿命预测方法

超声波疲劳试验是获得焊接接头超高周疲劳强度的实用方法.?目前还没有有效方法能够预测和评估任意焊接接头形式的超声超高周疲劳寿命.?文中提出了一种超声简谐共振条件下,评估焊接接头疲劳寿命的瞬态结构应力法,以及超声超高周疲劳主S-N曲线拟合方法.?基于已公开的300个焊接接头试验数据,拟合了铝合金焊接接头20?kHz超高周主...     

不锈钢车体点焊接头疲劳特性分析

为获取不锈钢车体点焊结构的疲劳特性,提出了一种用于点焊疲劳寿命评估的S-N曲线和P-S-N曲线. 首先,对点焊试件进行拉剪疲劳试验,得到点焊试件的疲劳寿命. 然后,建立点焊试件体单元和壳单元有限元模型,并将仿真结果与准静态试验结果对比,验证了壳单元有限元模型的准确性. 之后,基于Rupp法得到点焊试件的等效结构应力,并根据等效结构应力和试验寿命得到点焊试件在不同应力比下的S-N曲线. 为了消除应力比对S-N曲线的影响,基于Goodman修正法将非对称循环下的结构应力当量为对称循环下的结构应力,得到了点焊试件的基本S-N曲线. 最后,根据三种方法绘制出了点焊的P-S-N曲线,对比得到基于破坏率的方法一和基于等效寿命的方法三能够较为准确地预测点焊的真实寿命,为点焊结构的设计及寿命预测提供一定的参考.     

Einfluß von Prüffrequenz und Salzgehalt des Korrosionsmediums auf die Korrosionsermüdung von Stählen bei betriebsähnlichen Lastabläufen

Influence of test frequency and NaCl-concentration on the fatigue life of steels under a realistic load sequence Because of the size and fatigue life of offshore structures the corrosion fatigue behaviour of those structures cannot be determined under service conditions. Also for the relevant corrosion fatigue tests in the laboratory using welded joints a compromise has to be found to reduce testing time to an economic justifiable amount. This compromise may be a higher stress used in the test, a higher test frequency or a higher concentration of NaCl in the seawater. The influence of test frequency and NaCl concentration on the fatigue life of fillet welded V-shaped specimens made from Fe E 355 KT was determined in artifical seawater and under a realistic load sequence. The fatigue life was separated into the crack initiation phase and the crack propagation phase as well. Mean frequencies of 0.2 Hz, 1.0 Hz and 10 Hz did not affect the fatigue life of welded joints until crack initiation, while low test frequencies of 0.2 Hz and 1.0 Hz accelerated the crack propagation. Higher NaCl-concentration of the seawater, however, had no effect on the fatigue life in both phases.     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

Combine S-N curve and fracture mechanics for fatigue life analysis of welded structures

Based on the evolution of fatigue cracks in welded structures, the fatigue life of welded structures was defined as the sum of the crack initiation life N_i and the crack propagation life N_p. Correspondingly, a fatigue-life analysis method combining S-N curves and fracture mechanics theory was proposed. The equivalent structural stress method and the lower 99% boundary of the master S-N curve were used to evaluate N_i, and cracks at the end of the initiation stage were considered as semi-elliptical surface cracks. Moreover, Paris equation and the stress intensity factor range of the cracks were used to evaluate N_p. Furthermore, the fatigue test results obtained from the running girder of cranes were used as a reference for comparison and verification of the results. The results revealed that the equivalent structural stress is a good indicator for the crack initiation behavior of complex welded structures. In addition, the predicted fatigue life corresponded closely to the testing life.     

基于主S-N曲线法的焊接结构虚拟疲劳试验理论与应用

讨论了焊接结构虚拟疲劳试验技术的必要性与可行性.围绕美国机械工程师协会ASME(2007)标准中公开发表的用于焊接结构疲劳寿命评估的一个新方法:主S-N曲线法,进行了理论探讨,并认为它是基于焊接结构疲劳破坏机理的,因而比基于名义应力的方法更适合被选择为焊接结构虚拟疲劳试验的核心算法.介绍了两个典型的工程应用案例.结果表明,在设计阶段,基于主S-N曲线的焊接结构虚拟疲劳试验技术,可以有效地识别复杂焊接结构上每一条焊缝上的应力集中,这对设计修改具有很好的指导意义.