不等厚板低匹配对接接头弯曲承载能力设计

为了提高不等厚板低匹配对接接头弯曲承载能力,基于等承载定义、判据和实现条件,通过理论研究结合有限元分析,在弹性极限状态下对不等厚板低匹配对接接头进行了几何形状设计。理论分析表明,靠近薄板材侧的余高形状可以按照等厚板低匹配对接接头弯曲等承载设计方法进行设计,而靠近厚板材侧的余高形状以圆弧过渡形式进行设计。为了工程上应用的方便,将不等厚板低匹配对接接头设计成新的三圆相切形状。设计的不等厚板低匹配对接接头与相关标准推荐的不等厚板圆弧过渡的等匹配对接接头进行了有限元验证比较。结果表明,按照理论设计的不等厚板低匹配对接接头的弯曲承载能力与不等厚板三圆相切低匹配对接接头相当,均优于不等厚板凹形圆弧过渡等匹配对接接头,但是均略低于不等厚板凸形圆弧过渡等匹配对接接头。不等厚板低匹配对接接头弯曲承载能力设计为完善焊接结构等承载理论与工程应用提供重要的理论支撑。     

弹性阶段低匹配对接接头三点弯曲余高形状设计

弹性阶段以提高低匹配接头弯曲承载能力为目标，基于材料力学方法针对i点弯曲时低匹配对接接头的余高形状设计，提出了等弯曲承载能力（EBLCC）的设计思想、判据及实现条件，并给出了三点弯曲接头余高形状设计方案，同时对理论分析结果进行了有限元验证．结果表明，理论计算余高形状为抛物线形，有限元结果与理论分析基本吻合，EBLCC设计使峰值应力从低匹配接头承载薄弱的焊缝区转移到近焊趾的母材部位，从而提高了低强焊缝的弯曲承载与抵抗弯曲变形能力．余高双侧对称圆弧型可以替代抛物线型．这种设计方法对高强钢低匹配对接接头设计及应用具有参考和指导意义．     

低匹配十字接头的“等承载”设计

为提高低匹配接头的静载承载能力和疲劳抗力,根据提出的“等承载”设计思想和实现条件,在确定十字接头应力集中最小化的焊缝形状方案的基础上,通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了十字接头几何参数与焊趾、焊根应力集中系数的关系方程,进行了0.571匹配比十字接头等承载目的的接头形状参数设计. 结果表明,设计延缓了拉伸及弯曲过程中低强焊缝和焊趾应力的增长速度,低强焊缝不先于母材屈服,应变集中先位于焊趾,随后向母材转移,接头断裂模式转变为安全的全面屈服断裂. 该设计对高强度钢低匹配接头的应用具有重要意义.     

一种针对低匹配焊接接头的"等承载"设计方法

为提高高强钢低匹配接头承载能力,提出了低匹配接头与母材具有相等的静载承载能力和疲劳抗力的"等承载能力"(ELCC)概念.从安全性角度出发,焊接结构必须同时具有足够的强度和应力松弛能力,而强度失配接头的断裂模式类型能够同时反映接头的强度、塑性变形能力以及焊缝与母材之间塑性变形的非均匀程度.母材先于焊缝发生塑性变形的全面屈...     

低匹配对接接头形状参数对三点弯曲应力集中系数的影响

弹性阶段以提高低匹配接头弯曲承载能力为目标,基于有限单元法针对X形坡口低匹配对接接头三点弯曲形状设计,从材料力学方法角度出发,考察了双侧余高对称时低匹配对接接头的焊缝余高、盖面焊道宽度、焊趾过渡圆弧半径等形状参数对三个危险区弯曲应力集中系数的影响.结果表明,对母材与焊缝交界处突变区与焊缝底部中心区的影响规律为焊缝余高影响最大,盖面焊道宽度影响次之,焊趾圆弧半径影响最小;对焊趾部位影响规律为盖面焊道宽度的影响较大,焊趾圆弧半径和焊缝余高影响均较小.选择合适的形状参数可以提高低匹配接头弯曲承载能力.     

基于等承载能力原则的低匹配对接接头设计

根据对接接头的应力分布特点,提出了低匹配接头焊缝与母材具有相等静载承载能力的条件,即焊根处应力集中因子与接头匹配比（焊缝金属与母材的屈服强度的比值）相等。通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了对接接头几何参数与焊根处应力集中因子经验方程。针对高强钢焊接结构的应用,以焊缝与母材静载等强承载为原则,进行了低匹配对接接头的几何形状设计。结果表明,该几何形状设计不仅可在较大范围内选择匹配比而不必降低应用载荷,而且接头断裂模式由局部屈服断裂向整个接头的全面屈服断裂转变,该接头设计对于高强钢低匹配接头的应用具有重要意义。     

随焊冲击碾压整形新方法及等承载接头拉伸与疲劳性能

提出了随焊冲击碾压整形方法（weld shaping with trailing impact rolling,,WSTIR）,并研制了一套随焊冲击碾压整形装置．对随焊整形后低匹配等承载接头（equal load-carrying capacity,ELCC）进行了拉伸试验和疲劳试验．结果表明,随焊整形后接头拉伸均断裂在近焊趾的母材处,断裂应力均达到母材的抗拉强度;随焊整形后接头的疲劳寿命明显大于原始焊态接头,由于随焊整形接头焊趾处圆弧过渡降低了应力集中,进而提高了随焊整形接头的疲劳承载能力．拉伸与疲劳试验说明随焊冲击碾压整形后的平余高低匹配接头达到了等承载的要求．这种随焊整形方法将有力地推动低匹配等承载接头设计方法在工程实际的应用．     

焊接接头等承载设计

对焊接结构设计文献与相关标准进行了综述。分析发现,焊接结构的疲劳性能与母材的自身强度没有直接联系;原始焊接接头的裂纹萌生寿命较短,接头疲劳寿命主要是考虑裂纹扩展寿命;焊接残余应力对焊接结构疲劳性能的影响体现在S-N曲线中,无需特殊考虑;焊接接头疲劳性能的优化需从降低焊趾应力集中和提高接头疲劳抗力入手,避免裂纹穿透焊喉失效。在此基础上,提出焊接接头等承载设计理念,等承载即实现焊接接头与母材具有相同的承受静载、动载等外载荷的能力,此设计理念将焊接接头的非均质性与几何形状参数进行了综合考虑,通过对焊接接头的力学性能进行分析,给出焊接接头等承载设计方法与设计准则。等承载设计理念可摆脱具体的产品结构,实现量化设计,并有望发展成为标准化设计环节。     

基于断裂参量K因子的焊接接头等承载设计系统

以高效准确的获得含不同缺陷接头满足等承载时的形状参数为目标,结合断裂力学理论及专家系统思想,开发了基于断裂参量K因子的焊接接头等承载设计系统.结果表明,该系统不但可以高效准确的给出焊缝和母材都含缺陷以及焊缝含缺陷母材无缺陷的接头满足等承载时的形状参数,显著提高了等承载接头的设计效率及准确性,推广了等承载接头设计思想.而且能够计算含缺陷接头承受静载时的应力强度因子、J积分、裂纹尖端张开位移、临界载荷和临界裂纹尺寸以及含缺陷接头承受疲劳载荷时的许用载荷幅值和裂纹扩展速率等相关参量,为准确指导含缺陷接头形状设计及安全性评估提供了基础.     

随焊冲击碾压整形对低匹配等承载接头硬度与残余应力的影响

随焊冲击碾压整形(weld shaping with trailing impact rolling,WSTIR)是一种能够降低应力变形、提高承载能力的随焊整形新方法.分别对原始焊态的低匹配等承载接头与随焊冲击碾压整形的低匹配等承载接头进行了硬度试验和残余应力试验.结果表明,随焊整形等承载接头焊缝表面、焊趾处表面的硬度显著高于原始焊态等承载接头的硬度,说明随焊冲击碾压整形对接头承载的关键区域有加工硬化的效果;随焊整形低匹配等承载接头各点的纵向和横向残余应力明显低于原始焊态等承载接头相应位置的纵向和横向残余应力,甚至在随焊整形接头的焊缝中心以及焊趾附近纵向均出现了残余压应力,残余压应力的引入必然能显著地提高低匹配接头承载能力.     

Influence of geometric parameters on stress concentration factors of undermatched butt joint with single V-groove under three-point bending load

In order to improve the bending load-carrying capacity (BLCC) of undermatched butt joint under three-point bending load, the influence of joint geometric parameters on stress concentration factors (SCF) at the weld bottom center and the weld toe of undermatched butt joint with single V-groove are studied respectively based on the finite element method in this paper. Results show that the reinforcement height and the cover pass width play decisive role in the BLCC for undermatched butt joint. BLCC of undermatched butt joint can be improved by choosing the appropriate joint geometric parameters.     

Analytical model of heating a component by plasma‐assisted machining

The design of permanent welded joints with fillet joints, characterized by the bevelling of the edges with the depth decreasing with an increase in the distance from the edge of the welded joint to the centre, is described. It is shown that when producing permanent joints with the bevelled edges of variable depth, the volume of deposited metal can be reduced by 35% with the corresponding reduction in the production costs of the process without reducing the load-carrying capacity of the welded joint.     

5052铝合金FSW接头组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊焊接8 mm厚5052-O铝合金,并对焊接接头进行了显微组织观察和力学性能测试。结果表明:接头组织左右不对称,前进侧与母材分界线较明显,后退侧与母材分界线较模糊;焊接接头抗拉强度平均值为193.5 MPa,接头强度可达母材的99%,伸长率可达母材的84%;焊接接头正弯角和背弯角均可达到180°,弯曲性能良好;焊核区显微硬度约为72 HV,略高于母材,硬度最低点出现在前进侧熔合过渡区。