考虑硬度分布的镁合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测

为了研究含有hook缺陷的镁合金搅拌摩擦焊搭接接头的硬度分布对其疲劳寿命的影响,建立了含有同一hook缺陷的两个有限元模型,一种考虑硬度分布,另一种不考虑硬度分布,分别对模型赋予材料属性。利用Abaqus有限元软件进行拉伸模拟试验,分析接头在不同载荷下的应力应变,并利用两种疲劳损伤方程进行了寿命预测。结果表明,在hook尖端周围出现严重的应力集中现象。采用SWT疲劳损伤方程进行疲劳寿命预测更加准确,其误差在2倍之内。当考虑搭接接头硬度分布时,寿命预测更加准确。     

Q960E热影响粗晶区疲劳寿命与ΔKth值的关系分析

基于模拟焊接热循环试验及疲劳裂纹扩展试验,对动载结构用高强钢Q960E热影响粗晶区进行了多种应力幅值作用下的疲劳寿命研究.通过得到Paris方程建立了不同焊接热模拟工艺下疲劳裂纹扩展门槛值（ΔK_th）随不同交变载荷下疲劳寿命值的近似线性关系.利用场发射扫描电镜中背散射衍射功能（EBSD）对疲劳裂纹扩展试样中的裂纹尖端进行了晶体学取向分析及扩展机制讨论.结果表明,在应力幅值ΔP固化后,疲劳寿命N随ΔK_th的增大而增加,其延寿微观机理在于组织中的亚结构取向存在差异,所形成的大角度晶界（≥15°）可有效迫使裂纹转向,从而提高材料的疲劳寿命.     

T型焊接接头弯曲疲劳寿命预测方法

采用数值模拟方法对弯曲载荷下T型焊接接头疲劳裂纹由萌生至断裂过程进行研究,将焊接构件疲劳总寿命分为裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命,提出一种基于缺口效应和断裂力学的疲劳寿命预测方法。首先针对T型接头进行有限元建模,基于应变-寿命曲线与Neuber公式计算T型接头局部应变集中区域的裂纹萌生寿命,并将这一阶段结束时的初始裂纹设为半椭圆形表面裂纹;然后在T型接头中创建与实际裂纹相符的半椭圆形状裂纹,结合Dugdale模型和Westergaard应力函数,根据有限元分析结果迭代计算半椭圆裂纹尖端的真实应力强度因子,建立裂纹尖端应力强度因子随裂纹深度及附加应力变化的拟合公式;最后结合Pairs理论计算焊接构件裂纹扩展寿命,并与T型接头弯曲试验结果进行对比验证。结果表明:基于缺口效应和断裂力学的疲劳寿命预测值在试验结果的两倍误差带内,与试验结果具有较好的一致性;相同条件下,T型接头焊趾应力强度因子相比平面应变状态增加了25%; T型接头弯曲疲劳强度比拉伸疲劳强度高12%。     

焊缝余高对焊接接头疲劳性能影响的定量分析

为了研究焊缝余高对焊接接头疲劳性能的影响,采用名义应力法对含有焊缝余高的焊接结构连接件进行了有限元分析及寿命预测.结果发现:结构的疲劳寿命受焊缝坡度影响,随着焊缝坡度的增大,接头疲劳寿命先增大后减小,呈抛物线变化趋势.焊缝余高的变化也影响着结构疲劳性能,当焊缝余高为0.4mm、焊缝坡度为65°时,焊接接头疲劳寿命最大.     

转向架用 SMA490BW 钢对接接头应力集中系数有限元分析

目的分析转向架用SMA490BW钢对接接头的应力集中系数,提高转向架焊接接头的超高周疲劳性能,保障高速列车的安全可靠运行。方法对转向架用SMA490BW钢对接接头的超高周疲劳试样进行有限元建模,应用有限元软件ABAQUS计算不同焊趾过渡圆弧半径、焊趾倾角下接头的应力集中系数,并通过Origin软件分析建立应力集中系数(Kt)与焊趾过渡圆弧半径(r)、焊趾倾角(θ)的关系。结果当r=0.2 mm,θ分别为10°,20°,30°,40°,50°,60°时,Kt分别为1.391,1.747,1.976,2.263,2.425,2.525;当θ=30°,r分别为0.2,0.5,1,1.5,2,2.5,3,4 mm时,Kt分别为1.976,1.763,1.535,1.419,1.345,1.306,1.257,1.201。结论应力集中在对接接头焊趾处较大,r和θ对Kt有显著影响。r相同时,Kt随θ的增大而增大;θ相同时,Kt随r的增大而减小。应力集中系数关系方程对于焊趾处应力集中的改善以及转向架对接接头的超声疲劳试样设计具有指导意义。     

基于BS7608标准的点焊试样疲劳寿命预测

基于BS7608标准对点焊接头进行疲劳寿命预测。运用壳单元、CWELD/ELPAT点焊连接单元建立点焊拉剪试样有限元模型,利用Nastran软件做线弹性分析,将线弹性分析结果导入疲劳分析软件,以BS7606标准提供的焊接接头S-N曲线为依据,对点焊试样进行疲劳寿命评估。疲劳寿命预测结果与疲劳试验结果对比表明,不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与试验寿命有良好的一致性。     

混凝土锈胀开裂寿命预测模型及其应用研究

采用圆孔扩张理论对混凝土钢筋锈胀过程进行分析,推导了不同钢筋锈胀量对应的塑性区边界混凝土应力及塑性区半径计算公式,在此基础上建立了混凝土锈胀开裂寿命准则及寿命预测模型。锈胀开裂寿命模型分析表明,预测寿命值与钢筋相对保护层厚度m和混凝土等级有直接关系。随着相对厚度m增加,锈胀开裂预测寿命值增加,并且前期增加较快,后期增加较缓慢。混凝土强度等级对预测寿命值影响显著,随混凝土强度增大,混凝土锈胀开裂寿命增大。工程应用表明,该模型预测寿命可为工程的中度维护提供参考。     

焊趾几何形状对P355NL1钢焊接接头应力集中的影响

应力集中是导致焊接钢结构发生疲劳断裂的重要因素。利用ABAQUS软件建立了P355NL1钢焊接接头有限元模型,并进行了应力计算,研究了焊趾处圆弧过渡半径r和焊趾倾角θ对应力集中系数K_t的影响;引入疲劳缺口系数K_f研究了焊趾几何形状对P355NL1钢焊接接头疲劳强度的影响。结果表明,θ相同时,K_t和K_f随r增大而减小;r相同时,K_t和K_f随着θ的增大而增大。增大焊趾处圆弧过渡半径或降低焊趾倾角都能提高对接接头的疲劳强度。     

取样方向对GH128合金冷轧板材热疲劳性能影响的研究

本文着重研究取样方向对GH128合金冷轧板热疲劳性能的影响。设计六种不同缺口形状试样进行试验研究,结果表明:纵、横向热疲劳性能的差异随着试样缺口半径的增大而显著,试样缺口半径R=0.1毫米时其差异不甚明显。横向寿命高于纵向。纵、横向寿命的对数与试样缺口半径呈线性关系,且其寿命随试样缺口半径的增大而提高。     

不同阵列PBGA器件焊点可靠性分析

采用Anand模型描述钎料本构关系,对温度循环载荷下两种不同阵列形式的塑料球栅阵列(PBGA)Sn3.0Ag0.5Cu焊点的应力应变响应进行有限元分析.结果表明,两种不同阵列条件下,关键焊点的位置均由芯片拐角位置决定.芯片尺寸改变时,PB.GAl21焊点的最大应力值随芯片尺寸的增大而增大,但PBGA81的最大应力值随芯片尺寸增大先减小后增大.凭借Engelmaier修正的Coffin-Manson寿命预测方程,分别预测了两种不同阵列PBGA器件四种芯片尺寸条件下焊点的热疲劳寿命,结果表明芯片尺寸对焊点疲劳寿命有较大影响.     

基于Battelle结构应力法的对接接头应力集中系数回归分析

以12 mm厚的S355J2W+N耐候钢板对接焊接接头为研究对象,进行不同应力水平下的疲劳试验,将试验结果与Battelle结构应力法的主S-N曲线进行对比,验证了Battelle结构应力法在预测焊接结构寿命方面的准确性;采用有限元方法,以焊缝宽度和焊缝余高为变量,探究几何尺寸变化对焊趾部位结构应力集中系数的影响规律,并通过回归分析得出该试验条件下焊趾处结构应力集中系数的经验方程;利用该方程可快速通过接头尺寸计算得出焊趾部位的结构应力,进而对接头疲劳寿命进行大致预测,可为同类对接接头疲劳试验提供参考。     

汽车车架焊接支座的疲劳分析

汽车车架承载焊接接头对保证汽车安全有重要意义。为预测越野车车架焊接支座的疲劳寿命,采用三维弹塑性有限元方法对车架支座进行了应力分析,确定车架支座的受力薄弱环节。根据越野车在不同路面行驶时的载荷谱及支座材料的疲劳性能数据,利用MSC.Fatigue商用软件对车架支座的疲劳寿命进行了预测。计算车架支座在不同存活率下的概率疲劳寿命。分析表明,在焊接质量完好时,越野车支架在三种路面行驶均有较高的疲劳寿命。当车身支架与纵梁连接的上部焊接接头存在咬边焊接缺陷时,将严重降低车架支座的疲劳寿命,必须对有缺陷的焊接接头进行焊补。     

Q355钢疲劳寿命预测的新应力函数模型

室温下,对Q355钢进行应力控制下的单轴拉压疲劳实验,讨论了应力比和峰值应力对应力疲劳寿命的影响。应力比的增大和峰值应力的减小都会导致疲劳寿命的增大,发现同一应力比下,峰值应力和对数疲劳寿命呈良好线性关系,该线性关系可以用于Q355钢疲劳寿命的预测。探究发现应力比对线性关系中斜率和截距的影响显著,提出了一个关于应力比的新的应力函数预测模型,将新模型的预测结果与传统的Morrow、SWT和Paul模型的预测结果进行比较,结果表明:新应力函数模型的预测结果比Morrow、SWT和Paul模型更精确且更稳定,新的应力函数模型更适合于Q355钢的多应力比多峰值应力下的疲劳寿命预测。     

6061-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊疲劳性能分析

对6061-T6铝合金点焊接头进行单点疲劳试验,确定6061-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊的疲劳断裂原因,得出6061-T6铝合金的S-N曲线以及条件疲劳极限.通过对载荷水平为1.5 kN的6061-T6 RFSSW疲劳试样进行金相分析以及断口扫描分析,得到了6061-T6铝合金疲劳断裂原因以及疲劳断口特征.结果表明,6061-T6点焊接头中的钩状缺陷和上下板结合处缺口尖端的应力集中是造成疲劳破坏的主要原因,疲劳裂纹始于上下板搭接处焊点的钩状缺陷外边缘,即缺口尖端处;在焊接过程中,应通过优化工艺参数尽量减小钩状缺陷的尺寸以及降低缺口处的应力集中,从而提高焊点的疲劳寿命.     

基于MSC.Fatigue对40CrNiMoA拉杆疲劳寿命分析

采用有限元软件ABABQUS和专业疲劳分析软件MSC.Fatigue,就拉杆变截面处的过渡圆弧半径对拉杆应力集中系数和疲劳寿命的影响进行了分析,通过计算获得了两者之间的经验公式.结果表明,随变截面处过渡圆弧半径的增大,拉杆的应力集中系数明显变小,呈现指数递减的趋势,疲劳寿命则呈现指数递增的趋势.当过渡圆弧半径从1mm增加到6mm时,应力集中系数K从3降低到1.61,疲劳寿命从1.35×104增加到6.98×105,拉杆的疲劳寿命提高了51.7倍.     

基于解析算法与J积分法的耐候钢接头疲劳裂纹扩展分析

为准确描述焊接接头疲劳裂纹在扩展中的动态过程,借助多阵元超声相控阵设备对12 mm厚耐候钢对接接头的表面裂纹扩展动态进行实时监测,得到半椭圆形裂纹深度、长度与寿命的演化关系.借助Abaqus建立有限元分析模型,将裂纹几何变化历程输入,计算裂纹尖端7个方向的能量释放率,获得裂纹尖端应力强度因子幅值.将裂纹尖端(θ = 90o)的K值与BS7910标准中推荐解析公式对比分析,其结果吻合性好.在此基础上,分别采用简化公式与两阶段扩展模型计算试样的疲劳寿命. 结果表明,两阶段裂纹扩展模型能准确地预测对接接头裂纹的疲劳寿命,且与试验结果高度吻合.     

HFMI处理的钢制焊接接头疲劳评估模型探讨

为评估不同应力比R和材料屈服强度f_y下的高频机械冲击(high frequency mechanical impact,HFMI)处理钢制焊接接头疲劳寿命,引入SWT(smith-watson-topper)模型与Walker模型,利用缺口应力法对广泛的疲劳试验数据进行了重新分析. 结果表明,名义应力系统下,接头疲劳等级FAT,R与f_y三者关系可通过FAT = 0.1f_y + M(R)来表达;缺口应力系统下,对于同种材料不同应力比下的接头,两种模型均能用来评估其疲劳寿命,但Walker模型精度更高;对于不同种材料在不同应力比下的接头,SWT模型形式固定,且能综合考虑R与f_y的影响,基于该模型分析得到的存活率P_S = 97.7%的S-N曲线,其FAT = 325 MPa,斜度m = 6.5.研究成果将直接支撑工程结构疲劳评估和抗疲劳设计.     

基于Dynaform的高强钢U形件回弹影响因素研究

基于有限元理论与选定的回弹角度判定标准,采用Dynaform软件探究了汽车U形件在弯曲成形过程中压边力、摩擦系数、板料厚度和凸模圆角半径对回弹的影响。研究结果表明：回弹角度随板料厚度增厚而降低,随凸模圆角半径增加而增加,随压边力增大先增大后减小,随摩擦系数增加先增大后减小。不同因素对回弹影响程度并不相同,在选定参数范围内板料厚度因素影响最明显,压边力次之,摩擦系数略低于压边力,凸模圆角半径影响最小。     

气孔对铝合金焊接接头超长疲劳寿命的影响

采用超声疲劳试验方法对铝合金5052-H32焊接接头进行疲劳试验,研究其在超长寿命区间(107~109周次)的疲劳强度及失效机理.结果表明,相同疲劳寿命下焊接接头疲劳强度较母材下降了73.3%,在超高周疲劳区间仍然会发生疲劳破坏;断口观察发现焊接缺陷(气孔)是诱发疲劳裂纹萌生的主要原因.为揭示焊接缺陷对焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响,采用有限元技术分析了气孔对应力集中系数和裂纹尖端应力强度因子的影响.最后讨论了焊接缺陷对疲劳寿命的影响机制及裂纹扩展特性.     

汽轮机叶片早期疲劳损伤非线性瑞利波检测

为了检测具有变曲率变厚度结构特点的汽轮机叶片表面早期疲劳损伤,提出了非线性瑞利波无损检测方法。建立了汽轮机叶片非线性瑞利波检测有限元模型,在模型中提出采用无限单元边界,有效防止了边界对声波的反射,使数值模拟结果更加准确。结果表明超声非线性系数(β)随微缺陷数目和长度的增加分别呈线性和二次函数增大关系。建立了汽轮机叶片非线性瑞利波检测试验系统,对两组三点弯曲疲劳试件进行了非线性瑞利波检测试验,试验结果虽有一定的分散性,但在疲劳寿命50%以前,β总体随疲劳寿命增加而明显增大。