基于有效缺口应力法的钢桥焊接细节疲劳分析

为了验证有效缺口应力法对于钢桥焊接构造细节疲劳寿命评估的适用性,简化基于S-N曲线的疲劳寿命评估程序,开展3种典型钢桥焊接构造细节在应力比为0.1的条件下的高周疲劳试验.采用ABAQUS有限元分析局部有效缺口应力,得到不等厚对接焊接接头、十字形非传力角焊缝接头和十字形传力角焊缝接头疲劳试样的有效缺口应力S-N曲线,探讨局部有效缺口应力对焊接接头失效模式的影响.结果表明,焊接位错量会严重影响十字形传力角焊缝接头的失效模式,采用有效缺口应力法可以有效地区分焊根或焊趾失效;名义应力S-N疲劳设计曲线与有效缺口应力FAT225疲劳设计曲线相比,具有更高的安全保证.3种构造细节的有效疲劳试验数据表明,采用有效缺口应力FAT200疲劳设计曲线更合理.     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

SM490B钢焊接接头疲劳寿命的实验研究

本介绍了SM490B钢焊接接头的概率疲劳寿命曲线(P-S-N)的测定方法，为掌握SM490B钢的疲劳性能，提供了可靠性设计依据。     

Q345qC钢及焊接接头低周疲劳性能与断裂机理

为了研究Q345qC钢材及焊接接头的低周疲劳性能,对母材及焊接试样在总应变为2.0%~5.0%的条件下进行低周疲劳试验.基于Coffin-Manson公式拟合两者的低周疲劳寿命预测曲线,结合单调拉伸试验结果,比较不同疲劳寿命预测模型的精度;通过断口电镜扫描分析焊接接头的裂纹萌生机理以及焊接缺陷对疲劳寿命的影响;用Miner损伤累积准则给出两者的低周疲劳损伤指标计算式.结果表明,在同一应变水平下,焊接接头疲劳寿命仅为母材的31%~50%;母材的循环响应特征为循环稳定,焊接接头为循环软化;母材及焊接接头在半寿命稳定循环状态下的耗能能力相近;考虑单调拉伸的Coffin-Manson公式,对两者低周、超低周疲劳寿命均可进行较精确的预测;焊接缺陷容易引起焊接接头萌生疲劳裂纹,使疲劳寿命显著降低.     

焊接接头低周疲劳寿命估算方法的研究

将焊接接头的疲劳过程划分为疲劳裂纹形成和扩展两个阶段。基于均质缺口件的局部应力－应变法和线弹性断裂力学方法，通过考虑焊接过程中几何形状、残余应力和材料特性等因素的变化，建立了焊接接头低周疲劳寿命估算的一般技术流程。通过实例计算并与试验结果比较表明，本文提出的方法能够比较准确地预估低周疲劳失效焊接接头的疲劳寿命，因此，对于焊接结构的疲劳设计具有实际意义。     

基于ANSYS的接地开关箱结构分析

基于接地开关箱有限元疲劳强度的分析,通过建模、加载计算工况以及约束条件,校核了箱体结构满足静强度设计要求;依据国际焊接学会IIW标准提供的S-N曲线数据和焊接接头疲劳类型,并利用Palmgren-Miner累积损伤法则计算出待测评估点的应力循环次数和损伤比,计算结构表明:箱体的疲劳寿命评估为无限寿命,满足产品疲劳强度设计要求。     

桥梁用钢14MnNbq焊接接头的疲劳设计曲线

通过对14MnNbq钢焊接头的疲劳试验,得到了循环应力－应变方程、应变寿命曲线以及疲劳设计曲线,并将14MnNbq钢焊接头疲劳设计曲线与ASME、BS5000中相应的曲线进行了比较。     

SUS304不锈钢点焊接头的超声C扫描及力学性能研究

针对SUS304不锈钢点焊接头进行静力学和疲劳试验,采用三参数幂函数方法建立点焊接头的载荷-寿命曲线;采用超声扫描显微镜对接头点焊区域进行超声波C扫描成像,分析焊接电流对点焊熔核直径及抗拉强度的影响.结果表明:基于熔核C扫描图像的灰度值分布特征,可清晰甄别点焊接头熔核直径以及过烧、飞溅等熔核内部缺陷,实现点焊接头的无损检测;当焊接电流为8.5~10.5 k A时,点焊接头熔核直径从4.03 mm增至5.04 mm,接头抗拉强度呈先增大后减小的变化趋势,在焊接电流10.0 k A时,抗拉强度值出现拐点,接头最大抗拉强度为12.91 k N.在30%载荷水平时,点焊接头疲劳断裂形式为纽扣断裂;在20%和15%载荷水平时,基板呈眉状裂纹疲劳断裂.     

疲劳裂纹在焊接接头中的扩展及裂纹闭合的研究

焊接接头疲劳裂纹的扩展过程中存在着闭合现象．本文提出了考虑到宏观力学不均匀性时焊接接头的实验及数值分析模型,通过实验及弹塑性有限元法研究了焊接接头疲劳裂纹扩展及闭合现象,分析了裂纹尖端应力分布的变化．结果表明,焊接接头疲劳裂纹的扩展受裂纹闭合的影响,加载过程中裂纹尖端应力过零时对应的外载可作为裂纹张开载荷Pop．同时讨论了力学不均匀性影响疲劳裂纹扩展的本质．     

Q345B母材及其焊接接头的低周疲劳行为

对Q345B及其光滑焊接接头的低周疲劳行为进行了试验研究.采用轴向对称应变控制方法,保持恒定应变速率为0.005 s-1,在0.3％～0.7％的应变范围内,在电液伺服疲劳试验机上测定了Q345B及其光滑焊接接头的低周循环应力响应特征、应变-寿命、应变-能量关系,并进行了对比分析.结果显示,Q345B母材在应变幅度低于和高于0.4％时分别呈现明显的循环软化和硬化现象,而焊接接头出现显著的硬化现象.与母材相比,焊接接头的低周转变寿命、疲劳强度和疲劳寿命明显减小.通过试验数据确定了Q345母材及其焊接接头Coflin-Manson关系的合理参数,建立了应变幅度-疲劳寿命及能量-寿命关系式.力学不均匀性引起的循环硬化趋势增加是导致焊接接头低周疲劳性能减低的主要原因.     

Gerber抛物线在疲劳可靠性设计的应用研究

介绍了国际上五种简化疲劳极限应力(σm—σa)图，分析了Good man图、简化疲劳极限折线图、Soderberg直线图、Бирrер抛物线图和Gerber抛物线图应用特点。针对Gerber抛物线在可靠性强度计算中疲劳极限的均值和标准差的计算，与实验数据比较符合，并对比折线方程的优点加以分析说明，为可靠性设计研究奠定了理论基础。     

金属结构的疲劳损伤有限元分析研究

金属材料的疲劳损伤是工程界早已发现的问题，金属结构的疲劳破损问题正日益突出，为了较好地预测金属结构和构件的剩余疲劳强度与疲劳寿命，必须建立疲劳损伤有限元分析模型，来完整描绘其应力场、应变场以及损伤场的变化全过程．针对金属材料的特点，从损伤力学的基本原理出发，通过切实可行的疲劳损伤演化规律实现损伤理论与有限元软件的结合，建立适用于金属结构的疲劳损伤有限元分析模型，最后通过疲劳试验结果与理论计算比较，对模型进行了分析与评价。     

混凝土梁腐蚀疲劳刚度衰减规律

为研究腐蚀环境下钢筋混凝土梁的刚度衰减规律,对空气环境、淡水环境、盐水环境中的试验梁在循环荷载作用下的混凝土模量和试验梁的刚度进行了分析.根据钢筋混凝土梁在腐蚀疲劳下钢筋与混凝土的应变、残余应变、挠度等试验结果,得到了受弯构件正截面混凝土腐蚀疲劳模量降低率和构件腐蚀疲劳刚度的衰减规律.结果表明,虽然试验过程中混凝土并没有遭受明显腐蚀,但其疲劳模量却有所降低,降低的速率依试验环境的不同而不同.主要是钢筋腐蚀疲劳发展,截面协同工作的结果.试验梁的腐蚀疲劳刚度降低速率亦较快,在不同的腐蚀环境中疲劳刚度降低的速率也不同,以盐水环境中刚度衰减的最快.主要原因是构件中钢筋腐蚀疲劳裂纹的不断扩展导致构件刚度的降低.     

疲劳强度破坏率与疲劳寿命破坏率之间关系的探讨

本文进一步强调了疲劳强度破坏率与疲劳寿命破坏率是完全不同的概念;推出了二者之间的关系;并得到结论:在一般情况下,疲劳强度破坏率与疲劳寿命破坏率在数值上的差别很小。     

基于疲劳短裂纹扩展条件的疲劳极限估算方法

晶界是微观结构疲劳短裂纹扩展的主要障碍,疲劳极限实质上是疲劳裂纹能够产生,但不能突破晶界阻碍而继续扩展的最低应力.本文通过对微观结构疲劳短裂纹扩展条件的分析,考虑了晶粒取向对裂纹扩展有效驱动力的影响及晶界对裂纹的临界阻力,提出了-种基于非扩展裂纹行为的材料疲劳极限确定力法.与其他估算方法比较表明,该方法是合理和可行的.     

钢箱梁悬索桥大节段正交异性钢桥面板疲劳性能试验

针对正交异性钢桥面板的焊接细节在反复荷载作用下易疲劳开裂的问题,以三峡库区某大跨悬索桥的钢箱梁正交异性钢桥面板为工程背景,进行1∶2缩尺的钢桥面板疲劳性能试验研究,进行设计寿命期内的疲劳试验和极限寿命期内的疲劳试验.疲劳试验结果表明:200万次的循环加载后,模型上各测点的应力值波动很小,在加/卸载过程中位移具有良好的对称性、可恢复性与重复性,说明模型的应力状态稳定,没有出现因局部开裂、损伤而导致模型应力显著变化的现象,说明该桥的正交异性钢桥面板的构造满足设计要求,且有一定的安全储备.     

高周疲劳损伤变量的测试和损伤演变规律的研究

本文用４０Ｃｒ钢制成的光滑圆柱试样，在高频疲劳试验机上，首先测出ｒ＝０．１，σ＝４４０ＭＰａ下的断裂寿命Ｎｆ。然后在同一应力比和应力水平下，分别进行了寿命比ｎ／Ｎｆ＝０．４、０．６、０．８和０．９的疲功试验。卸载后用电测法在万能试验机上测出不同损伤度下的Ｅ值，按公式Ｄ＝１－Ｅ／Ｅ计算损伤值Ｄ，再按幂指数Ｄ＝Ｋ（ｎ／Ｎｆ）＾ａ进行拟合。我们发现，实验值与拟合值吻合，说明高周疲劳损伤确按幂规律演变。     

碳纤维复合材料（CFRP）粘贴层数对开孔钢板的疲劳寿命影响的试验研究

摘 要:疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接,螺栓连接等,这些加固方法容易产生应力集中现象。CFRP具有比强度和比刚度高的特点,在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳实验,描述了不同类型钢板的破坏形态,并绘制了疲劳寿命曲线和变形曲线,比较了三组钢板在疲劳寿命,裂纹扩展情况,断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明,粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载,弥补钢板表面缺陷,减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率,增加钢板的延性,从而有效地提高钢板的疲劳寿命,并且随着粘贴层数的增加,疲劳寿命提高效果明显,发现粘贴一层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%,粘贴三层碳纤维布,其疲劳寿命提高77.80%。粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异,CFRP层数越多,这种差异就越小。同时,CFRP的粘贴层数越多,钢板破坏时的极限变形越大,粘贴三层碳纤维布的钢板的极限变形在0.9mm以上。     

5种疲劳计数方法对疲劳寿命预估的影响

选用11种疲劳计数统计处理方法中的5种计算机程序,对二汽技术中心EQ-140车轮轮辐实测的动载数据进行处理,根据处理结果编制成疲劳载荷谱,并转换成应力谱,用Minner法则进行疲劳寿命估算,得出5种不同的疲劳寿命估算结果,从而分析得出不同疲劳计数统计方法对疲劳寿命的影响。     

航空发动机压气机叶片疲劳寿命的研究

根据航空发动机压气机在实际工作中已用时间不同的两组叶片的恒幅振动疲劳试验数据 ,通过统计分析确定其疲劳破坏前应力循环次数的分布。根据 Miner疲劳损伤累积理论 ,找出叶片在实验中与在实际工作中所受疲劳损伤的当量关系 ,从而确定新叶片在实际工作中疲劳寿命的分布 ,并计算出新叶片在一定可靠度下的疲劳寿命。