基于热点S-N曲线的Q235B焊接接头疲劳评定的数值模拟

在有限元技术的支撑下,通过热点应力法和回归计算获取焊接接头热点S-N曲线相关参数,在有限元疲劳软件MSC.FATIGUE中实现中值热点S-N曲线的生成和修正,并比较试验疲劳寿命和模拟疲劳寿命.模拟结果表明:通过热点应力法得到的不同热点S-N曲线经过修正后,获取的Q235B钢焊接接头的疲劳强度与国际焊接学会推荐值基本符合,采用IIW推荐的一条热点S-N曲线可以实现Q235B钢对接接头和非承载十字接头的寿命估测,且结果与试验符合较好,与理论一致.     

低碳多元高强结构钢焊接接头疲劳强度试验及分析

对低碳多元高强结构钢焊接接头在应力比r=0．12下，采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法，进行了拉．拉疲劳强度试验。对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析，并对疲劳断口进行了扫描电镜观察。试验结果和分析表明：对接接头的疲劳极限σ0.12=230MPa；角接接头的疲劳极限σ0.12=130MPa；得到了两种接头型式的S-N曲线和P-S-N曲线方程。在应力水平250MPa、可靠度95％条件下，对接接头的中值疲劳寿命是角接接头中值疲劳寿命的6～18倍。疲劳断口分析认为，焊缝的焊趾和裂纹是影响高强钢疲劳强度的主要原因。     

基于Pavlou方法的焊接结构疲劳寿命预测

变幅载荷作用下的疲劳寿命预测一直是焊接结构完整性评估的重要内容.基于Pavlou提出的疲劳损伤区概念,采用BS7608标准中推荐的S-N曲线,运用有限元热传导分析技术,提出了一种焊接结构疲劳寿命的预测方法.针对承载型十字焊接接头、非承载型十字焊接接头和对接焊接接头,开展了二级变幅载荷谱块的拉伸疲劳试验,分别采用Miner模型、M-H模型和Pavlou方法估算了试件的疲劳寿命.结果表明,Pavlou方法的预测精度明显高于其它2种模型,预测寿命与试验寿命误差散射图中数据点的分布形态更加合理,验证了Pavlou方法的精确性和有效性.进一步讨论了焊接接头S-N曲线存活率对疲劳寿命预测精度的影响,提出2.3%存活率可以获得较为满意的预测结果.     

基于能量耗散的Q460焊接接头S-N曲线快速预测

针对传统S-N曲线所需试验周期长、样本数量大等特点,陈述了一种将焊接接头高周疲劳寿命、疲劳极限及统计学结合起来的三参数S-N曲线快速预测模型.通过确定随载荷增加的稳定温升阶段能量耗散转折点,并以此为索引进行疲劳极限预测.考虑当载荷高于疲劳极限时,试件全寿命周期内的累积损伤阀值存在,建立基于能量耗散阀值的中值S-N曲线预...     

不锈钢车体点焊接头疲劳特性分析

为获取不锈钢车体点焊结构的疲劳特性,提出了一种用于点焊疲劳寿命评估的S-N曲线和P-S-N曲线. 首先,对点焊试件进行拉剪疲劳试验,得到点焊试件的疲劳寿命. 然后,建立点焊试件体单元和壳单元有限元模型,并将仿真结果与准静态试验结果对比,验证了壳单元有限元模型的准确性. 之后,基于Rupp法得到点焊试件的等效结构应力,并根据等效结构应力和试验寿命得到点焊试件在不同应力比下的S-N曲线. 为了消除应力比对S-N曲线的影响,基于Goodman修正法将非对称循环下的结构应力当量为对称循环下的结构应力,得到了点焊试件的基本S-N曲线. 最后,根据三种方法绘制出了点焊的P-S-N曲线,对比得到基于破坏率的方法一和基于等效寿命的方法三能够较为准确地预测点焊的真实寿命,为点焊结构的设计及寿命预测提供一定的参考.     

用极大似然法研究部分熔透十字接头疲劳性能

利用极大似然法测试疲劳寿命曲线,研究未熔透尺寸对十字接头疲劳强度的影响。应用有限元方法,可确定疲劳裂纹的开裂位置（焊根或焊趾）。经疲劳试验表明,极大似然法实用性及曲线拟合理性较好,而且十字焊接接头存在一个临界未熔透尺寸,低于临界值,承受轴向载荷作用的焊接接头疲劳强度不会受到影响。     

2205DSS焊接接头腐蚀疲劳性能分析

对川东船厂制造化学品船所用的国产2205DSS常用焊接接头在模拟海水环境中的腐蚀疲劳性能进行了试验研究.通过Origin软件对试验数据进行非线性拟合得到了环境温度分别在24,30和40℃、加载应力比为0.1、加载频率为20 Hz条件下的腐蚀疲劳寿命S-N曲线,得到焊接接头在该环境下的疲劳极限,建立了有温度参数表示的S-N数学模型.结果表明,在模拟海水中焊接接头发生腐蚀疲劳断裂的位置在母材区,环境温度升高对低应力水平作用下的试件疲劳寿命有明显影响.     

超长寿命区间16Mn钢焊接接头疲劳性能

使用自行研制的TJU-HJ-Ⅰ型超声疲劳试验系统装置进行了16 Mn钢母材和焊接接头试件的超声疲劳性能试验,以探索其在超长疲劳寿命区间的疲劳行为.结果表明,无论母材还是焊接接头,其S-N曲线都是一条连续下降的曲线;在106～107循环周次范围内焊接接头不存在传统概念上的疲劳极限,载荷循环周次超过107甚至109以后,试件依然发生疲劳断裂.在超长寿命区间,焊接接头疲劳强度远低于母材的疲劳强度.使用现有疲劳极限数据去设计工作在超长寿命区间的焊接结构件是很危险的.     

A6005A-T6铝合金焊接接头P-S-N疲劳寿命研究

根据铝合金材料疲劳试验统计分析方法,求出了A6005A-T6铝合金焊接接头平滑样和带余高试样的P-S-N疲劳曲线,基于该曲线对不同应力集下的试验数据进行了可靠性分析,探讨了S-N曲线与P-S-N曲线之间的优劣性。研究结果表明,如果用高存活率、高置信度的P-S-N曲线进行设计和寿命估算,其结果将更有利于安全。     

基于不同S-N曲线的横向十字焊接接头疲劳寿命预测

通过疲劳分析软件MSC.Fatigue自动生成了3种不同S-N曲线,即试验S-N曲线、经验S-N曲线和标准S-N曲线,考虑了残余应力、平均应力、接头外形对焊接疲劳的影响,并按相关规则修正后对碳钢Q235B十字焊接接头进行了疲劳寿命预测,并进行了比较分析.结果表明,基于MSC.Fatigue的S-N曲线法模拟的焊接接头疲劳损伤部位及损伤程度与试验结果一致;试验S-N曲线预测值与标准S-N曲线预测值偏差在7.9%~28%,与经验S-N曲线预测值偏差3.3%~19%,经验S-N曲线预测结果偏高,而标准S-N曲线预测结果相对比较保守.     

网格不敏感结构应力的焊接疲劳数据分布

为分析网格不敏感结构应力的焊接疲劳S-N数据分布具有高收敛性的机理,基于钛合金焊接接头疲劳试验数据,分别基于名义应力、主S-N曲线法中的结构应力及等效结构应力建立焊接疲劳数据坐标,并以最小二乘法拟合S-N曲线,应用粗糙集分析方法,以接头类型、相对板厚、载荷比、应力比等焊接疲劳主要影响因素作为条件属性,以疲劳数据对于S-N曲线的偏离度作为决策属性,对基于三种应力的焊接疲劳数据分布规律对比分析.结果表明,基于网格不敏感等效结构应力所建立的S-N数据分布更为集中和均匀,在预测焊接接头疲劳寿命方面具有更高的准确性.     

5A06铝合金焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能

采用自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统对5A06铝合金TIG焊焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能进行研究. 疲劳试验结果表明,圆柱状母材试件、圆柱状焊接接头试件和薄板状焊接接头试件,在经历107循环周次后,S-N曲线仍呈下降趋势,没有发现明显转折,传统意义上的疲劳极限并不存在. 焊接接头试件在107周次和109周次下的疲劳强度仅为母材的50%~70%. 通过扫描电子显微镜进行断口形貌观察发现:母材疲劳扩展区断口较焊接接头断口平整,瞬断区呈韧窝状,而无余高焊接接头试件存在气孔、夹杂等焊接缺陷,导致疲劳性能明显降低.     

7050T7451和7150T7751铝合金疲劳强度研究

航空用铝合金结构材料疲劳破坏时有发生，研究材料在交变应力下的疲劳特性具有非常重要的意义。采用成组法和升降法对7050T7451铝合金板材进行高周疲劳试验，获得P-S-N曲线，并用7150T7751铝合金进行试验，在较少样品数量下获得疲劳强度和S-N曲线。结果表明：应力比为0时，7050T7451铝合金疲劳强度为268 MPa,使用三参数幂函数可获得较好的P-S-N曲线拟合效果；7150T7751铝合金疲劳强度为280 MPa,S-N曲线应力S与对数寿命lgN存在线性关系。     

角焊缝不同焊接形式对焊接接头疲劳性能的影响

角接接头是铁路货车常用的一种接头形式。文中对4种焊接形式的角接接头进行脉动拉伸疲劳试验,并对其断口进行微观形貌分析。采用升降法并绘制S-N曲线对4种焊接形式的角接接头疲劳强度进行计算比较,表明正常焊与包角焊2种焊接形式的角接接头疲劳性能较好;4种焊接形式的角接接头都是由焊缝端部启裂,并且疲劳试件断口无明显焊接缺陷,符合试验标准。     

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.     

Q345桥梁钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳振动技术研究了桥梁钢Q345qC的母材和圆形对接焊接接头试件的高周与超高周疲劳性能.试验发现,在105～109循环周次内焊接接头的疲劳性能远低于母材,且无论是母材还是焊接接头其S-N曲线都是呈连续下降趋势.当母材服役超过107周次,焊接接头服役超过5×106周次以后,试件仍然发生疲劳断裂.结果表明,焊接接头...     

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...     

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.     

焊接构件虚拟疲劳仿真分析

针对焊接结构中焊缝经常出现疲劳破坏的问题,提出虚拟疲劳试验方法.利用有限元数值仿真结果及焊接接头S-N曲线数据,在计算机中模拟疲劳试验过程,完成对焊接结构件疲劳寿命的预测.通过对焊接构件的疲劳寿命仿真分析,证明此抗疲劳设计方法可行.     

一种基于能量耗散的对接接头疲劳寿命快速预测模型

通过引入ISV(internal state variable)本构模型中的α和β变量,建立了一种与对接接头高周疲劳滞弹性和非弹性行为相关的能量耗散模型,并定义了两个特征应力幅,即标志着可恢复滞弹性和不可恢复非弹性行为开始形成的关键应力幅σ_c0和σ_c1(疲劳极限);借助该能量耗散模型,研究了不同应力幅下的对接接头能量耗散响应情况,发现能量耗散在疲劳极限附近呈现从线性响应到非线性响应的过渡;在此基础上,考虑到当应力幅高于疲劳极限时,全寿命周期的能量耗散存在临界值,结合与损伤相关的非弹性耗散,研发了一种基于损伤累积的疲劳寿命预测模型,并对接头的疲劳寿命进行了快速预测.结果表明,经预测数据和试验数据拟合的中值S-N曲线一致程度较好,从而证明了模型可用于实现对接接头的疲劳寿命快速、精确预测.