2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

焊接接头TIG熔修的疲劳强度及低温性能研究

以海洋石油钻井平台桩腿所用的普通低合金钢角焊缝为例，研究TIG(tungsten inert-gas arc)熔修对焊接接头性能的影响。TIG熔修可提高接头疲劳强度及低温性能，其效果取决于熔修工艺及规范。文中对多种规范的TIG熔修试样和未熔修试样，进行疲劳试验及落锤试验，推出疲劳寿命公式，并得到S-N曲线，确定了本试验条件下的最佳工艺规范参数，应用该工艺参数可提高疲劳强度189％，降低脆性开裂温度70℃。该熔修工艺已试用于海洋平台实际结构的桩腿裂纹补焊修复中，使补焊焊缝的疲劳寿命大幅度提高，效果明显。     

SUS304不锈钢点焊接头疲劳寿命研究

为了准确预测工程机械上SUS304不锈钢点焊接头的疲劳寿命，提出了一种用于焊点寿命预测的S-N曲线。根据常见的几种点焊接头的结构形式，制备了不同板厚组合的拉剪疲劳试件，通过疲劳试验获取了试件的疲劳寿命数据。利用CT扫描实验获取了准确的焊核直径，建立了试件的有限元模型，并通过光学应变测量试验验证了该模型的准确性。然后，基于Rupp等效结构应力法和疲劳试验数据建立了综合不同板厚组合和载荷比的结构应力-寿命曲线(S-N曲线),并使用Goodman修正法消除了载荷比的影响。最后，建立了振动输送机有限元模型，并进行瞬态动力学分析获取了振槽焊点的结构应力，基于建立的S-N曲线预测了焊点寿命。结果显示，振槽各焊点接头无疲劳问题，存在焊点冗余情况，可以做轻量化设计。     

最大主应力预测点焊疲劳寿命研究

采用基于最大主应力的点焊疲劳寿命预测方法对拉剪受力状态下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟。使用壳单元、CWELD点焊连接单元建立点焊有限元模型,利用商业有限元软件Nastran进行线弹性分析。通过对比分析线弹性有限元分析结果、焊接接头疲劳试验数据,拟合出基于最大主应力的点焊疲劳寿命S-N曲线,并依据拟合的S-N曲线和有限元分析取得的最大主应力预测不同载荷水平下的点焊疲劳寿命。疲劳寿命预测结果与疲劳实验结果对比表明,不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与实验寿命有良好的一致性。     

Q420D高强钢横向十字焊接接头疲劳寿命数值模拟与试验验证

通过疲劳试验拟合得到Q420D高强钢横向十字焊接接头的应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线(试验拟合),采用ANSYS与FE-SAFE软件联合仿真技术预测该十字接头的疲劳寿命并拟合得到S-N曲线(数值拟合),对比分析了数值拟合和试验拟合结果,并分析了现行规范对十字接头疲劳寿命的评价效果.结果表明:十字接头疲劳寿命数值拟合值与试验拟合值的相对误差不大于3.49％,疲劳极限相对误差为0.93％,说明应用ANSYS与FE-SAFE软件联合仿真技术预测十字接头疲劳寿命可靠;试验拟合S-N曲线(存活率50％)与ANSI规范设计曲线吻合较好,而95％存活率下的试验拟合曲线与DNV规范设计曲线吻合较好;当循环次数高于2×105周次时,EN规范较ANSI规范能更好地评估十字焊接接头疲劳寿命,且具有足够的安全储备.     

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。     

等效结构应力法在高强钢疲劳寿命预测中的应用

利用成组法对某工程机械常用高强钢材料制作成的对接接头的疲劳寿命开展试验研究。采用美国机械工程师协会(ASME)标准中"网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法"对上述接头的疲劳寿命进行预测。研究表明:基于等效结构应力法的高强钢对接接头疲劳寿命预测结果与试验结果存在一定的偏差。依据董平莎提出的主S-N曲线修正表达式,并结合高强钢对接接头试验结果,引入等效结构应力范围(Δss)修正系数,得到适用于900 MPa级高强钢疲劳寿命预测的修正主S-N曲线。     

振动环境下焊缝疲劳寿命的预测及分析

根据名义应力法,对某结构焊缝在振动环境下的疲劳寿命进行了预测,并对影响焊缝疲劳寿命的因素进行了分析。使用振动台模拟真实振动工况环境,并得到对接焊缝不同焊点在此模拟振动环境下的应力—时间曲线。首先,应用雨流计数法得到各级应力的循环次数;然后,以BS7608标准中提供的焊缝S-N曲线为依据求得各级应力下焊缝的疲劳寿命;最后,根据Miner线性累积损伤理论预测各焊点的疲劳寿命并分析影响焊缝疲劳寿命的主要因素。分析结果表明:焊缝的存在降低了构件的疲劳寿命,且焊缝焊点的位值及余高的存在影响了焊缝的疲劳寿命。此分析结果与工程实际中对接焊缝的断裂情况相吻合,证明了此焊缝疲劳寿命预测方法的正确性。     

基于等效结构应力的焊接结构疲劳寿命评估

焊接结构的疲劳破坏往往发生于焊缝部位,对于焊缝部位的疲劳分析常用方法有基于名义应力的BS7608标准的、IIW标准的方法,以及基于结构应力的ASME方法.基于等效结构应力的主S-N曲线疲劳寿命预测法由新奥尔良大学的董平沙教授提出,该方法具有疲劳寿命结果不受有限元模型网格大小影响,以及不受接头类型限制的主S-N曲线数据等特点.分析了该方法的疲劳寿命预测原理,并对某搭接接头进行实例分析,验证了该方法的可行性.     

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。     

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。     

基于不同工况的直齿轮接触强度分析与疲劳分析

针对齿轮在长周期交互循环载荷作用下的疲劳失效问题,以一对相互啮合的渐开线直齿轮为研究对象,对其进行了静态和动态应力分析,并基于载荷谱及材料的S-N曲线以及线性累积损伤理论,对其进行疲劳寿命分析,得到不同影响因素下的齿轮疲劳寿命云图和各个节点的最小疲劳寿命。结果表明：在静载条件下,齿轮副的最小疲劳寿命区域出现在静态力学分析的最大接触应力位置;在动载条件下,齿轮副的最小疲劳寿命则位于齿面分度圆与齿轮端面的过渡区域。     

起重机用Q355钢母材与焊接接头试件拉压扭转疲劳性能研究

文中选取4级应力水平,在应力比R=-1的情况下开展Q355钢母材和焊接接头试件的单轴拉压及扭转疲劳试验,每级应力下进行3个试样,得到不同应力水平的疲劳寿命,绘制出不同加载条件下的应力-寿命（S-N）散点图。另外,分别采用Basquin模型、指数模型和三参数幂函数模型对S-N散点进行分析,得到不同模型对于试验数据的拟合结果,为材料的工程应用提供了参考依据。     

游乐飞碟驱动半轴的疲劳寿命预测与试验研究

对游乐飞碟驱动半轴进行了疲劳寿命预测。运用ANSYS Workbench得到驱动半轴危险点的位置及该处的应力集中系数,设计相应的扭转试样,进行拉伸试验与扭转疲劳试验,得出材料的抗拉强度并修正材料的S-N曲线,进一步修正得出构件的S-N曲线,导入到NCODE软件中,结合设备满载与偏载载荷时间谱,通过小试样试验来实现对大型结构件的寿命预测。通过进行不同存活率P下疲劳寿命预测,得到在99%的存活率下,驱动半轴的疲劳寿命大概为2.9年。此数值可以作为游乐飞碟驱动半轴检修与更换的依据。     

压力容器焊接接头疲劳裂纹萌生寿命的探讨

对16MnR焊接接头进行了控制应变幅条件下的疲劳试验，获得其疲劳特性参数以及恒应变幅载荷下的疲劳一寿命关系，建立了焊接接头低周疲劳寿命曲线方程。并将试验结果同局部应力应变法计算的结果进行了比较，为该焊接接头应变疲劳提供了理论依据。     

焊接结构抗疲劳设计新方法与应用

与传统金属材料/小尺寸疲劳试样不同,焊接结构具有其独特的疲劳特性:裂纹萌生周期短、疲劳寿命主要消耗在裂纹扩展阶段、焊接结构疲劳具有尺寸效应,这些因素导致了动载荷应力幅值为焊接结构疲劳失效的第一驱动力.基于有限元分析的无网格敏感性结构应力法,可有效描述焊接接头位置的动载荷应力.该方法结合国际疲劳设计标准中S-N曲线族与裂纹扩展速率关系,提出一条能够统一描述不同几何形式、不同板厚接头疲劳行为的Master S-N曲线.该方法在2003年SAE"Fatigue Challenge"焊接结构疲劳预测挑战中获得最准确的结果,并已纳入ASME FFS-1标准等国际标准.结构应变方法则是在结构应力方法基础上提出,可以进一步统一描述不同材料焊接构件的高/低周疲劳性能的疲劳评估方法.该方法采用Master E-N曲线将高周疲劳与低周疲劳分析方法统一.目前此方法已经应用于轨道交通、正交异性桥、重型装备等大型复杂焊接结构的疲劳设计与服役寿命预测中,可量化分析焊接变形、焊缝尺寸、熔透率等因素的影响,实现针对复杂焊接结构/接头的抗疲劳设计.     

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.     

基于实际载荷谱的汽车半轴疲劳寿命预测

汽车半轴是汽车传动系统的重要零部件之一。准确预测汽车半轴疲劳寿命是汽车半轴疲劳分析的重要环节。利用垫江汽车试验场采集的实测载荷谱,提取汽车左半轴强化耐久工况、动力工况和高速工况的一个循环作为样本载荷。经过预处理后,利用四点雨流计数法得到载荷雨流循环矩阵,并将样本载荷外推到整个试验场疲劳耐久试验所要求的全寿命载荷。利用疲劳应力集中系数、疲劳尺寸系数以及表面敏感系数对材料S-N曲线进行修正得到可用于寿命预测的构件S-N曲线;最后,以Miner线性损伤累积理论为基础,结合疲劳分析软件预测了汽车半轴疲劳寿命。     

超声疲劳试验方法在40Cr钢疲劳性能研究中的应用

用超声疲劳试验方法(频率为20kHz)测定40Cr钢在10^5～10^10周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线。结果表明，40Cr钢的疲劳寿命(SN)曲线在10^5～10^10周次范围内始终保持下降趋势，在l0^5周次以上没有水平段。超高频疲劳载荷下的S-N曲线同样能用Basquin关系式描述。与常规频率下的疲劳性能相比，高频载荷下的疲劳强度增加。20kHz循环载荷下，40Cr钢10^7周次的疲劳强度为443MPa，10^10周次时为235MPa。     

随机振动载荷作用下航空液压管路疲劳寿命数值预估

液压管路作为飞机液压传动系统的重要组成部分,是飞机安全飞行的重要保障。由于飞机飞行环境的复杂性,随机振动载荷下的疲劳分析是飞机液压管路动力学设计的重要手段。选取大型客机C919左侧机翼的一段典型液压管路作为研究对象,应用ABAQUS有限元软件进行随机振动响应分析,获取随机振动载荷下的应力响应功率谱密度函数,对液压管路在随机振动载荷下的强度特性进行分析,结合S-N曲线对管路结构危险部位疲劳寿命进行预估,为航空液压管路的设计及优化提供了理论参考。