焊接结构主S-N曲线拟合方法及软件开发

主S-N曲线法是当前焊接结构疲劳计算的新方法,在焊接结构疲劳分析中被广泛采用. 该方法以等效结构应力为核心参量,实现了以一条S-N曲线计算不同载荷模式和焊接形式结构的疲劳寿命. 依据主S-N曲线法,利用不同材料和焊接形式的疲劳试验建立了焊接结构疲劳试验数据库. 考虑厚度、弯曲比及多轴应力等修正参量的影响,采用最小二乘法原理,研究了不同主S-N曲线方程的拟合方法及其标准差. 在此基础上,开发了主S-N曲线拟合方法的专用软件. 基于VC++编程环境实现了名义应力、结构应力、等效结构应力、剪切结构应力、多轴结构应力及初始裂纹修正等主要计算功能. 基于该软件,完成了试验数据的多参量的对比分析,为研究焊接结构疲劳寿命评估及影响因素分析提供了技术基础.     

承载T形接头疲劳试验对结构应力法的修正研究

为了更为精确地预测焊接结构的疲劳寿命,基于承载T形焊接接头的疲劳试验,建立有限元分析模型,50%存活率下,分别采用Verity法的位移控制模型、载荷控制模型、VOLVO法等结构应力法对T形焊接接头疲劳寿命进行寿命预测,结果表明,Verity法的载荷控制模型计算结果偏安全,VOLVO法计算结果偏危险,Verity法的位移控制模型计算结果与实际最为接近。而后,基于试验数据,修正了VOLVO法的柔性S-N曲线,采用该修正模型的计算结果可以较为精确地反映工程实际。     

焊接结构超高周疲劳主S-N曲线拟合及寿命预测方法

超声波疲劳试验是获得焊接接头超高周疲劳强度的实用方法.?目前还没有有效方法能够预测和评估任意焊接接头形式的超声超高周疲劳寿命.?文中提出了一种超声简谐共振条件下,评估焊接接头疲劳寿命的瞬态结构应力法,以及超声超高周疲劳主S-N曲线拟合方法.?基于已公开的300个焊接接头试验数据,拟合了铝合金焊接接头20?kHz超高周主...     

基于主S-N曲线法的焊接结构虚拟疲劳试验理论与应用

讨论了焊接结构虚拟疲劳试验技术的必要性与可行性.围绕美国机械工程师协会ASME(2007)标准中公开发表的用于焊接结构疲劳寿命评估的一个新方法:主S-N曲线法,进行了理论探讨,并认为它是基于焊接结构疲劳破坏机理的,因而比基于名义应力的方法更适合被选择为焊接结构虚拟疲劳试验的核心算法.介绍了两个典型的工程应用案例.结果表明,在设计阶段,基于主S-N曲线的焊接结构虚拟疲劳试验技术,可以有效地识别复杂焊接结构上每一条焊缝上的应力集中,这对设计修改具有很好的指导意义.     

基于结构应力法的环焊结构S-N曲线分析

工程上多采用△F-N曲线来预测环焊的疲劳寿命,但耗时费力且不具普适性,为改进上述不足,提出了一种环焊试件疲劳寿命评估的S-N曲线.采用多种试件进行拉剪疲劳试验得到疲劳寿命,利用壳单元、梁单元以及刚性rigid单元建立环焊有限元模型,根据结构应力法计算拉剪载荷下环焊结构应力,以焊核处的应力范围△σ_s为纵坐标,试验寿命N为横坐标,采用两参数对数模型,以最小二乘法对疲劳数据线性拟合得到环焊疲劳寿命评估的S-N曲线方程.结果表明,数据点大都位于5倍寿命范围内,其预测寿命较为接近试验真实寿命,能够为环焊结构的寿命预测提供一定的参考.     

结合S-N曲线和断裂力学的焊接结构疲劳寿命分析

针对焊接结构的疲劳裂纹演化过程,将焊接结构的疲劳寿命定义为裂纹萌生寿命N_i和裂纹扩展寿命N_p之和,提出一种结合S-N曲线和断裂力学理论的疲劳寿命分析方法.采用等效结构应力法和99%下限主S-N曲线计算焊接结构的裂纹萌生寿命,并将这一阶段结束时的裂纹看作为半椭圆表面裂纹.采用Paris裂纹扩展模型和半椭圆表面裂纹应力强度因子ΔK计算裂纹扩展寿命N_p.参照某起重机走行梁的疲劳试验结果进行对比和验证研究.结果表明,等效结构应力可以较好地表征复杂焊接结构的裂纹萌生特性,结合S-N曲线和断裂力学的疲劳寿命计算结果与试验结果具有较好的一致性.     

模态试验法测试焊接残余应力机理分析及模型参数估计

为避免残余应力对焊接结构的不利影响,保证其可靠性,需要探究残余应力分布.模态试验法因具有快速和无损的特点,逐渐应用于残余应力测试.为实现模态试验法测试焊接残余应力,通过振动理论分析了模态试验法的机理,获得了薄板焊件中残余应力与固有频率的关系;薄板焊件中的残余拉应力使固有频率减小,残余压应力使固有频率增大.在此基础上,将钻孔法和模态试验相结合,借助数据拟合的方法,估计了模态试验法测试6 mm7A52铝合金试板VPPA-MIG(variable polarity plasma arc-metal inert gas)复合焊接残余应力的模型参数,确立了固有频率与残余应力的数值关系.依据确立的数值关系,测得了7A52铝合金试板在不同复合焊接参数下的纵向残余应力分布.结果表明,接头各区域的残余应力分布特征与钻孔法测得的结果基本一致,偏差在4%范围之内,估计出的模型参数能够保证模态试验法测试结果的可靠性,实现了焊接残余应力的快速和无损测试.     

低周疲劳的结构应变法在铁路货车上的工程应用

为了开展铁路货车车体焊接结构的低周疲劳寿命预测,详细推导了理想弹塑性结构应变计算理论,基于计算理论进行了程序设计,并通过焊接接头试验进行了验证.进一步开展了平面应变焊接接头模型的仿真计算结果和结构应变法计算结果的对比,探讨结构应变法的使用条件.最后,将虚拟台架与结构应力变结合开展了快捷货车的低周疲劳寿命分析的工程应用.结果表明：提出的低周疲劳的结构应变方法及其计算程序,当结构应力与屈服强度的差值在150 MPa以内时,理想弹塑性结构应变计算结果与实际结果一致,能够解决铁路货车低周疲劳寿命预测问题;当结构应力与屈服强度差值超过150 MPa后,随着结构应力的增加,误差也增加.该文的研究为低周疲劳的结构应变法工程推广应用提供了良好的技术支撑.     

基于结构应力的焊接接头疲劳分析

基于结构应力法对来自相关文献中的16Mn钢十字非承载焊接接头、十字承载接头和纵向立板角焊缝接头的疲劳强度的试验数据进行了分析.推导了适合有限元计算的离散结构应力计算公式,得到焊接接头的结构应力集中系数.证实了该方法具有网格划分不敏感性,给出了应用结构应力法进行疲劳评定时适合上述各类接头的结构应力S-N曲线.结果表明,同名义应力法相比较,采用结构应力表示的焊接接头疲劳试验数据其分散性较小.     

焊接接头断裂准则工程化应用方法

针对单参数J积分反映焊接接头断裂场的困难，作者提出了一个适合于焊接接头裂端场的J～Q双参数准则。为了更加适合于工程实际应用，对双参数准则中的各参量进行了工程简化，通过有限元计算表明，新的简化方法能够更好地反映焊接接头裂端场的实质，并为焊接接头的安全性评定奠定了基础。     

Residual stresses and distortions in welded structures: a perspective for engineering applications

Abstract

In this paper, some of the historical developments and recent advances in understanding welding induced residual stresses and distortions are discussed in the context of their impact on today's engineering applications. With recent rapid advances in computational simulation techniques, the complex thermomechanical phenomena associated with typical welding processes can be effectively dissected into solvable problem sets for both fundamental understanding and specific engineering applications. Although a great deal of research is currently still ongoing to advance our fundamental understanding of the complex thermophysical and thermomechanical phenomena, an engineering perspective is provided to demonstrate how an engineer can make use of the current state of knowledge to derive effective practical solutions when dealing with day to day problems in the areas of residual stresses and distortions in welded structures. First, some of the fundamental mechanical considerations associated with residual stress and distortion developments are presented. Then, some of the computational modelling requirements for engineering applications are discussed in the light of recent developments. Finally, application examples are presented to demonstrate how an effective engineering solution can be sought by taking advantage of today's advanced modelling techniques with appropriate engineering assumptions.     

Development of an energy-saving method of resistance projection welding of multilayer welded structures

A highly efficient energy-saving method of resistance projection welding of 3–4 components in a single cycle is described. The method is based on the automatically regulated gradual introduction of electric energy into the zone between the electrodes.     

Calculating welded structures by the finite-element method

The results of investigation of the stress–strain state of welded structures of crushing drums are presented. Results of calculations using the materials resistance method and finite-element method are compared.     

焊接结构残余应力的X射线衍射测试及分析

介绍了X射线衍射测试残余应力的原理和测试技术,采用X射线衍射方法对大型焊接结构组装态、焊态、去应力热处理态的残余应力进行了测试,分析了组装工艺、焊接工艺等对残余应力分布的影响.为大型焊接结构组装和焊接工艺的合理制定提供支持.     

Development of titanium sheet alloys for welded structures working at high temperatures

The special features of weldable structural alloys for high-temperature applications (up to 700 °C) are described: universal application, the possibility of producing semi-finished sheet products, high weldability and capacity for sheet stamping, bending and flanging. This increases the coefficient of utilization of the metal 4–6 times and widens the range of produced components and sections by a factor of 2–4.     

纵向受载T形焊接接头结构应力构造方法分析

针对纵向受载的非承载型T形焊接接头的疲劳问题,提出一种纵向结构应力构造方法.该方法将焊接接头截面上节点载荷等效为单元边界上的线载荷,根据力平衡原理建立膜应力和弯曲应力解析式,基于母材厚度和焊缝高度提出等效板厚的构造方式,进一步构造并求解焊趾处纵向结构应力.通过纵向受载的非承载型T形焊接接头疲劳试验结果进行验证.结果表明,文中提出方法在分析焊接接头局部纵向受载的焊接结构时优势明显,并可根据Dong提出的平衡等效结构应力修正方式和主S-N曲线进行疲劳评定.     

焊接接头断裂抵抗力工程估计方法的数值研究

针对符合幂硬化性能的材料所连接而成的焊接接头,采用有限元计算方法,讨论了平面应变状态下,不同裂纹几何及材料组配的中心裂纹焊接接头的载荷与位移曲线。在此基础上,应用柔度变化率方法分析了各种组配接头的断裂性能,进一步通过曲线拟合的方法,得到了适合于焊接接头断裂韧度值的工程估算方法。