某商用车车架台架疲劳寿命预测与提升

新开发商用车车架进行扭转台架疲劳试验时,第三横梁与纵梁连接处焊缝开裂,不满足车架循环次数20万次寿命要求;需要采用有限元法模拟车架扭转疲劳台架试验,以找出焊缝开裂原因并提出改进方案,比较不同焊缝建模方法计算所得车架扭转台架疲劳寿命,确定与台架试验结果吻合的焊缝建模方法;对车架焊缝开裂风险位置进行结构优化设计,提升纵梁横梁接头强度,先用有限元方法验证车架优化方案满足寿命要求后,再将优化后的车架进行台架试验,车架未发生开裂。应用有限元方法预测台架疲劳耐久寿命,可以找出焊缝开裂原因并快速验证优化方案,缩短产品开发周期。     

大厚度TC4钛合金铸件钨极惰性气体保护焊的最优工艺确定及其接头力学性能

选用连续施焊、焊层冷至室温后再焊接下一层、焊道冷至室温后再焊接下一道3种层间温度控制方案和730,600℃2种焊后退火温度,通过显微组织、拉伸性能和疲劳性能确定了大厚度TC4钛合金铸造板钨极惰性气体保护焊(GTAW)的最优工艺,并研究了最优工艺下焊接接头的力学性能。结果表明：焊层冷至室温后再焊接下一层得到的焊接接头焊缝组织最为细小,疲劳寿命最高,在730℃下退火后的焊接接头拉伸性能更好,故确定为最优工艺;最优工艺下,GTAW接头的焊缝硬度略高于母材,属于高匹配接头,在拉伸和疲劳过程中接头均在母材处发生断裂,但焊缝的抗疲劳开裂能力低于母材。     

国产化材料车轮钢圈焊接工艺的确定

为了实现汽车钢圈用材料的国产化,对材料国产化前后钢圈焊接工艺及其焊缝显微组织与车轮的疲劳寿命进行了研究,对焊接工艺进行了改进。结果表明:原焊接工艺钢圈车轮的疲劳寿命较低,远远不能满足技术要求,主要原因是焊缝中存在较大的氢气孔及焊接热输入量过大;增加去氢处理后,焊缝中气孔消失,再通过降低焊接电压以减少热输入,同时适当降低焊接速度,可明显提高不同材料车轮的疲劳寿命,使国产材料钢圈的质量达到要求。     

桥式起重机箱形主梁焊缝疲劳寿命研究

以某桥式起重机箱型主梁为研究对象,利用ANSYS软件对其进行静态分析,结果表明该起重机静强度以及静刚度均满足设计要求。依据英国标准BS7608,采用FE-SAFE疲劳软件,对主梁翼缘焊缝疲劳寿命进行分析,得出该起重机主梁下翼缘板与主腹板连接处的翼缘焊缝处疲劳寿命最低。并对该处采用不等边角焊缝模型进行对比分析,结果显示适当增加角焊缝一边的长度,且长边位于翼缘板上时,同一焊缝上两条焊趾处的疲劳寿命均有所提高,有助于改善焊接结构件的抗疲劳性能。     

下运带式输送机滚筒开裂事故分析

针对某带式输送机驱动滚筒焊缝开裂事故,采用有限元法分析了滚筒应力及变形,应用高周疲劳理论计算了滚筒焊缝疲劳寿命,给出了计算过程与分析结论,并就滚筒结构和制造工艺提出了切实可行的技术改进措施。经改进设计,制造的滚筒在工程应用中达到了预期设计寿命。     

TC2钛合金焊缝与母材性能对比试验研究

对TC2钛合金焊接接头进行硬度测试以及拉伸、疲劳对比试验，并观察全部疲劳断口，分析焊接接头光滑试样的疲劳性能与影响因素。结果表明，焊缝区的硬度最高，约高于母材50HV，塑性较差，焊缝中的微观焊接缺陷是不可避免的，是影响焊接接头疲劳寿命的主要因素；热影响区的硬度较低，塑性较好，其拉伸强度是焊接接头部位的最薄弱区，但却有较好的疲劳性能。在99％可靠度的前提下，焊接接头的疲劳寿命约为母材寿命的46％。     

GH99镍基合金薄板电子束焊接头疲劳性能研究

电子束焊作为一种先进的连接技术,具有能量集中、焊接速度快、热影响区小等特点,被广泛应用于工业工程、航空航天等国民经济的重要领域。随着航天飞行器发动机设计寿命的不断提高,主要结构部件的电子束焊接头疲劳性能越来越受到设计工作者的关注,研究电子束焊接头的疲劳性能已经成为焊接工作者一个重要的课题。本文采用电子束焊接工艺,制备了GH99镍基高温合金薄板对接接头。针对电子束焊接头,进行了显微硬度测试、疲劳性能的研究及疲劳失效机理分析。研究表明,电子束焊接头焊缝中心及热影响区的维氏硬度与GH99镍基高温合金母材金属基本相同,接头并未出现性能的不均匀性。对两种工艺下的电子束焊接头的疲劳S-N曲线分析表明,适当加大电子束焊焊接电流,有利于减少焊缝焊根部位的焊接缺陷,有利于提高电子束焊接头的疲劳性能,从而提高了焊接接头疲劳寿命。     

车门焊缝疲劳寿命问题研究

针对某自主品牌汽车车门早期开裂问题,研究车门焊缝疲劳寿命的影响因素。重点对焊接结构疲劳寿命的影响因素中的焊接方式(人工焊接或机器人焊接)、焊接方法(CO_2焊接碳钢焊丝或CMT焊接硅青铜焊丝)和焊缝长度(12 mm或20 mm)进行研究。为了解车门特定部位在"开-闭"循环过程中的应变特性,对实物车门在疲劳耐久性实验中焊缝位置的周边进行了动态应变测试分析。最后结合现场检测,疲劳耐久性试验和理论分析结果,得出提高车门焊缝疲劳寿命的方案。     

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。     

基于Verity方法的起重机箱型主梁疲劳寿命分析

以某型号桥式起重机主梁为研究对象,对其进行应力分析并建立关键位置处包含焊缝细节的子结构。以T型焊接接头为例,通过有限元分析与试验对比的方式验证了Verity方法的网格不敏感性。采用Verity方法计算了主梁主要焊缝的等效结构应力,进而对主梁的疲劳寿命进行了分析。结果表明该起重机主梁结构的静强度和刚度都符合设计要求,主要焊缝具有很好的抗疲劳性能,符合设计要求,但比较而言下翼缘板与腹板连接处焊缝较易产生疲劳破坏。     

热套容器环向焊缝疲劳性能的研究

热套容器中的环向焊缝受机械应力及热应力作用会产生疲劳。采用止裂焊缝结构能否提高环焊缝的焊接质量和改善焊缝的疲劳性能,国内外均无明确结论。为了解止裂焊缝的性能与作用,本文对目前国内热套容器制造中使用较多的一种带止裂焊缝的环焊缝试件进行疲劳性能方面的试验研究。研究表明,止裂焊缝对改善焊缝疲劳性能有显著作用,带止裂焊缝与不带止裂焊缝两种试件的疲劳裂纹形成寿命有很大差别,并且与层间间隙的大小有一定关系。     

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。     

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。     

不同焊缝类型对宽轮距转向架构架疲劳分析的影响

转向架是单轨车辆核心的部件之一,承担着车辆的牵引、制动和承载作用,直接影响到车辆运行的安全性和可靠性。其中构架又是转向架的承载主体,传递并衰减轮轨与车体的振动。宽轮距转向架构架通过焊接和大量螺栓连接,事实上,在复杂的动载荷作用下,疲劳破坏主要从焊缝和螺栓连接处开始。对于焊接结构,由于焊接接头部位存在较大的应力集中,且常伴随有各种焊接缺陷,因而是最容易发生疲劳破坏的区域。所以焊缝结构疲劳分析及优化在设计阶段尤为重要。     

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。     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

汽车驱动桥壳疲劳寿命分析

对于有焊接的构件来说,焊缝处的疲劳强度往往是分析的焦点,也是较容易失效的地方。运用基于有限元的疲劳寿命分析方法,并特别考虑了焊缝对疲劳寿命的影响,对汽车后桥壳疲劳寿命进行预测。模拟汽车驱动桥壳试验条件下的疲劳载荷,借助疲劳寿命分析软件(ANSYS、FE—SAFE)、参考BS5400标准,估算出桥壳各部分的疲劳损伤情况,并与桥壳台架试验数据进行对比,验证该方法的正确性。     

轿车用薄板焊接结构疲劳性能研究

薄板焊接结构的抗疲劳设计是轿车底盘结构件设计开发中的主要难题,充分理解并掌握薄板焊接结构的疲劳性能是进行焊缝抗疲劳设计的基础。通过一系列的薄板焊接结构疲劳性能试验研究,总结出了焊缝疲劳性能受焊接母材材料强度、母材厚度、焊接制造工艺等因素影响的普遍规律,从而为薄板焊接结构的抗疲劳设计打下了基础。     

基于扩展有限元法的工程机械焊接结构断裂分析

针对工程机械焊接结构的强度分析问题,结构的断裂强度评定是保证结构可靠性的关键。首先利用有限元法分析焊接结构的静载强度,然后提取考查焊缝区域的应力场,作为断裂分析的载荷,基于断裂力学理论分析局部的焊缝特征,以扩展有限单元法为计算手段,分别计算焊接结构断裂强度与疲劳强度,应用结构完整性评定与损伤累积理论,校核焊接结构的断裂强度,估计结构的疲劳寿命。结合工程实际,说明所提出的焊接结构分析方法可为工艺设计提供依据。     

焊缝参数对疲劳寿命的影响研究

针对汽车悬架系统中常见的焊接结构,采用CAE技术对其焊缝的耐久性进行分析。为了考察焊缝模型各参数对焊缝疲劳寿命的影响,在前处理软件中建立不同焊缝单元倾角及厚度模型,并在nCode软件中计算焊缝部位的疲劳损伤。通过对比分析,建立各参数与疲劳损伤的相关性,为模拟焊缝结构的有效性提供参考。