钢桥面板焊接部位的疲劳应力分析方法

对常用的传统疲劳应力分析方法的控制参量和计算方式进行对比,分析了各方法的适用范围及传统疲劳方法与断裂力学法的差异.根据名义应力试验实测应力值,修正了有限元模型精度,进行了钢桥面板焊接部位疲劳热点应力分析,结果表明热点应力可通过名义应力乘以放大系数获得.钢桥面板与竖向加劲肋角焊缝连接且厚度均为12 mm时,该构造细节的热点应力强度可采用Eurocode 3规范疲劳强度FAT100曲线.     

钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝疲劳试验

为研究钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝的疲劳性能,采用机械型振动疲劳试验机对制作的9个试件进行等幅疲劳加载,并通过名义应力和热点应力2种方法对试件焊缝疲劳性能进行评价。试验结果表明：疲劳荷载作用下,试件疲劳裂纹开展路径均从焊趾处萌生、沿焊趾开展、最终垂直于焊趾沿板横向往两侧对称扩展。采用名义应力法时,试验结果均位于JSSC-G疲劳强度为50 MPa的S-N曲线上方;采用热点应力法时,试验结果均位于Eurocode 3规范疲劳强度为100 MPa的S-N曲线上方。建议本试验构件疲劳细节的角焊缝疲劳强度取名义应力50 MPa、热点应力100 MPa。     

基于热点应力法的焊接结构疲劳评估

针对传统名义应力整体法在焊接板结构疲劳分析应用中的实际困难,介绍和分析了应用于海洋结构工程领域的基于表面外推的热点应力法.通过对焊接样件在不同应力水平下的疲劳试验,获取了焊接样件在97.7%可靠度下的疲劳寿命.采用热点应力法计算样件焊趾处热点应力值,提出考虑主板厚度效应的修正S-N曲线,并预测了样件的疲劳寿命.结果表明:板厚修正后的热点应力S-N曲线应用于薄板焊接结构疲劳寿命评估具有更高的精度和可靠性.以轨道车辆用焊接天线梁为例,采用该方法分析了焊缝处的热点应力,其最大应力发生位置与线路运用中出现裂纹位置相吻合,其计算寿命为7.1×10~5次,与实际运营结果基本一致.为平板焊接接头的抗疲劳设计提供参考.     

临界距离理论评定焊接接头疲劳寿命的研究

研究局部法应用于焊接接头疲劳评定的有效性和适应性.基于Taylor的临界距离理论,引入开裂部位的当量应力,它由有限元计算得到.针对钢质与铝质十字接头的疲劳数据进行分析,承载型十字接头的疲劳裂纹源于焊趾或焊根,由当量应力的大小所预测的开裂部位与实验结果相符.对疲劳裂纹源于焊趾部位的承载与非承载型十字接头,以焊趾部位的当量应力作为控制应力,此时疲劳数据的离散程度低,可望将焊趾开裂十字接头的疲劳强度以及S-N曲线统一表示.对疲劳裂纹产生于焊根的承载型十字接头,将焊根部位的当量应力作为控制应力,疲劳数据的分散度较大,与名义应力法相当,此时,局部法的有效性值得进一步考察.     

高强度钢焊接接头疲劳强度

采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法,在应力比r=0.12下,对高强度钢的两种焊接接头进行了拉拉疲劳强度试验。并对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析。试验结果和分析表明:对接接头的疲劳极限σ0.12为230MPa;角接接头的疲劳极限σ0.12为130MPa;同时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、置信度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6～8倍。     

SUS301L不锈钢焊接接头的高周疲劳实验研究

对SUS301L不锈钢Laser-MAG混合焊对接接头进行了高周疲劳实验研究,考虑了应力比对高周疲劳寿命的影响,并采用IIW规范推荐的热点应力法对焊接接头的疲劳寿命进行安全评定。实验分析与研究结果表明,应力比对焊接接头试件的疲劳寿命有明显影响,疲劳寿命随应力比的提高而降低;基于热点应力的设计曲线和应力比修正方法不适用于不锈钢焊接接头的疲劳寿命评估,采用Walker等效热点应力可以合理反映描述应力比对焊接接头疲劳寿命的影响。     

基于缺口应力法的焊接接头多轴疲劳分析

鉴于当前焊接接头疲劳评估曲线只适用于单轴加载情况,基于缺口应力法对焊接接头进行了多轴疲劳分析。通过联合焊接接头的多轴疲劳试验名义应力数据和有限元法所计算的缺口应力集中系数,获得了5种焊接接头的各向缺口应力;根据Von Mises、IIW和EESH 3种多轴疲劳准则计算出等效缺口应力并将其统一在同一坐标系统下;最后采用最小二乘法拟合出适用于多轴疲劳评估的缺口寿命曲线。与IIW标准推荐的单轴曲线相比,这些多轴缺口疲劳曲线具有更低的倾斜度和更高的疲劳等级,即多轴加载时明显降低了10~3~10~6次中周范围内的疲劳强度值,而对10~6~10~7次高周疲劳范围的影响则相对有限。     

胶接、胶焊与点焊接头剪切拉伸疲劳行为

通过剪切拉伸疲劳试验测定车用结构胶接接头、胶焊接头和点焊接头在不同应力水平下的疲劳寿命.基于载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设,利用疲劳试验数据拟合出载荷-寿命曲线,以此表征三种接头的疲劳性能.同时,对胶接接头、胶焊接头和点焊接头的疲劳行为进行对比分析.研究表明:三种连接方式的疲劳试验数据具有较好的规律性;拟合结果证实了三种接头载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设的正确性;胶接接头的疲劳强度最高,而点焊接头最低;胶焊接头的疲劳断裂行为比胶接接头更为安全;通过胶焊工艺可以有效提高车身接头的疲劳寿命等.研究结论为车用结构胶胶接技术的应用提供了参考依据.     

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

三体船连接桥结构疲劳强度试验研究

针对某型三体船,采用谱分析方法进行全船疲劳强度分析,确定了疲劳问题严重的连接桥结构部位,设计了实板厚疲劳试验模型.通过疲劳试验获得了典型载荷工况下的疲劳寿命值,分别采用最小二乘法和定斜率极大似然法拟合应力范围-循环次数（S-N）曲线.在此基础上对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,对已有校核结果进行修正.结果表明：对三体船连接桥部位进行疲劳强度评估时,采用定斜率极大似然法获得的S-N曲线较为合适.     

铸钢节点环形对接焊缝的疲劳计算

给出了采用热点应力法进行铸钢节点环形对接焊缝疲劳寿命估算的全过程.介绍了热点应力幅度的计算方法,即热点应力幅度的计算可根据名义应力和应力集中系数计算,也可采用有限元方法计算.给出了环形对接焊缝热点应力寿命曲线的表示方法和细节分类,列出了各种焊接细节的S-N(应力-寿命)曲线.介绍了线性Miner损伤累积准则.根据热点应力幅度、S-N曲线和线性Miner损伤累积准则,可对铸钢节点环形对接焊缝进行寿命估算.最后,以杭州湾跨海大桥海中平台观光塔铸钢节点为例,说明了波浪载荷下铸钢节点环形对接焊缝的疲劳寿命估算过程.     

圆管混凝土T型焊接节点热点应力试验研究

作为疲劳评估的基础性工作,试验研究了由圆钢管支管与圆钢管混凝土主管组成的焊接桁架T型节点(CFCHS)在支管轴向拉力、压力和平面弯矩作用下的热点应力分布及应力集中系数(SCF)特性.讨论了CFCHS节点的热点应力测试方法和试验结果,并与支管和主管均为圆钢管的T型焊接节点(CHS)进行比较,考察两种节点的性能差异.研究表明:CFCHS节点的热点应力,对主管可采用线性外推方法,对支管需采用二次外推方法;相比CHS节点,CFCHS节点的热点应力分布趋于均匀,SCF显著减小;CFCHS节点支管轴向受拉比受压不利,SCF增大;CFCHS节点几何参数β,τ,γ对主管SCF的影响效应与CHS节点基本一致,但是对支管SCF的影响效应与CHS节点有些差异;混凝土的作用主要是改善CFCHS节点刚度,从而降低SCF,并预期可提高疲劳强度,但混凝土自身强度等级的高低没有显著影响节点的SCF.     

管节点国产化疲劳性能的试验研究

介绍了国产海洋用钢（Ｚ向钢）焊接Ｔ型管节点疲劳试验的过程和成果．试验对Ｔ型管节点的应力集中系数、应力分布、疲劳寿命及裂纹扩展进行了详细测量，经过分析得到Ｔ型管节点实测应力集中系数的经验公式、疲劳Ｓ－Ｎ曲线及裂纹扩展规律．试验结果表明国产Ｚ向钢、国内焊接工艺和加工制造的焊接管结点有较好的疲劳性能，为我国海上平台国产化提供了依据．     

喷熔修形法提高焊接接头疲劳强度

针对工程实际应用的需要,给出了一种提高焊接接头疲劳强度的处理方法．焊接结构中,接头的疲劳强度远远低于母材,其疲劳裂纹主要起源于接头焊趾处、采用Ni60和Fe38两种合金粉末对Q235B钢十字接头焊趾处进行了啧熔修形处理和高频疲劳试验．结果表明,经过喷熔修形处理后,Ni60和Fe38喷熔修形态十字接头的2×10^6条件疲劳极限分别提高了64．5％和42％用ANSYS对3种状态接头焊趾处应力集中系数进行计算,结果发现,Ni60和Fe38喷熔修形态十字接头焊趾区的应力集中系数较原始焊态分别减小57．5％和37％．     

吊车桁架节点板应力测试和分析计算

通过对某钢结构吊车桁架节点板静态应力测试，获得实测资料，利用有限元方法对该钢吊车桁架节点板进行了计算分析，将两种结果进行对比，得出吊车桁架下弦节点板应力比其它结点平均高出37％（计算）、50％（实测），是疲劳的薄弱环节，在设计和鉴定时应对此位置进行疲劳考虑。     

间隙对单搭接胶接接头强度和应力的影响

研究了搭接长度为12．5mm的单搭接接头搭接区域预留间隙对搭接强度和应力的影响。结果表明，间隙的位置对搭接强度有较大的影响，与连续胶层相比，胶层中部一定宽度的间隙虽然使名义强度降低，但对于提高单搭接接头的实际强度有明显的作用，剪切强度最大值可比连续胶层接头增大约60％，而胶层端部预留间隙却使名义强度和实际强度均显著降低，对两种接头进行了有限元的数值分析，指出最大应力仍然处于胶瘤端部附近，间隙位置对应力的峰值有较大的影响。