斜拉桥钢桥面板焊缝裂纹贯穿后局部应力特征

为研究斜拉桥轴向力作用下顶板-U肋焊缝裂纹的扩展特征以及裂纹对顶板局部受力的影响，建立了全桥模型模拟斜拉桥的成桥状态.通过ABAQUS中sub-model功能将成桥状态下的位移和受力作为节段模型的边界条件并在节段模型中添加车辆荷载，分析带裂顶板的最不利荷载工况，在最不利荷载工况下分析了不同长度顶板-U肋焊缝贯穿裂纹的扩展特征以及其对顶板-U肋焊缝细节局部受力的影响.结果表明：考虑斜拉桥轴力作用，顶板-U肋焊缝焊趾和焊根处贯穿裂纹均为Ⅰ型为主的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹，轴向力作用对裂纹扩展影响较小；同一U肋中顶板-U肋焊缝焊根开裂会增加未开裂侧顶板应力，降低开裂侧焊缝应力；焊趾开裂会降低开裂侧顶板焊根应力，增加U肋焊趾应力和未开裂侧焊缝应力.     

基于结构应力法的钢管混凝土焊接接头疲劳评估

裂纹尖端应力的奇异性导致传统疲劳评估法和部分标准对焊接结构疲劳寿命预测精度不够，影响工程结构可靠性。裂纹扩展是焊趾或焊根所在截面外载荷驱动造成的，基于焊缝处力平衡关系提出结构应力法。该方法将单元节点力转换成线力，并综合考虑不同焊接接头类型、板材厚度和加载模式。运用断裂力学理论将微小复杂裂纹扩展至疲劳失效全过程统一起来，以等效结构应力幅值推导出主S-N_d曲线疲劳评估表达式。采用不同单元仿真试件证明了结构应力法具有网格不敏感力学特征，与试验数据对比，焊缝的薄弱位置和实际疲劳裂纹一致，验证了结构应力法具有较高的疲劳预测精度。钢管混凝土焊接结构验证了结构应力法在疲劳寿命评估时具有有效性和可靠性。     

钢桥面板横隔板-U肋焊缝裂纹修复后的应力特征

采用数值模拟的方法,建立不同疲劳修复方法的分析模型,针对止裂孔法和钢板补强法的疲劳修复效果进行了探究.通过提取两侧横隔板-U肋连接焊缝焊趾部位不同路径的Mises应力进行纵向对比,得到了该部位在维护前后应力的变化规律.研究结果表明:裂纹存在时,另一侧横隔板-U肋连接焊缝焊趾处的应力水平有明显提高;止裂孔法虽可以缓解裂纹尖端应力集中现象,但会增大另一侧该连接焊缝焊趾处的应力;钢板补强法可大幅降低裂纹尖端及另一侧连接焊缝焊趾处的应力水平,但被补强一侧钢板下缘会出现显著的应力集中现象.     

直接埋藏法修补疲劳裂纹缺陷的研究

在海洋平台的安全维护中,挖除原始疲劳裂纹缺陷并准备坡口是水下焊接修复工程中一项十分困难的作业步骤.为此,提出一种不挖除原始裂纹缺陷的直接埋藏法来修复疲劳裂纹缺陷.为了探索该技术的可行性,在陆地上制备了模拟补焊试样,通过对试样补焊前后的疲劳性能进行测试,分析研究了直接埋藏法修复后疲劳裂纹出现的位置、试样的疲劳循环周次以及打磨对补焊后试样疲劳循环周次的影响规律.使用Abaqus软件模拟计算了补焊所产生的残余应力和补焊后试样在不同外部载荷作用下原始裂纹尖端的应力情况.试验结果表明,新的疲劳裂纹主要出现在补焊焊趾处和补焊焊道上;补焊后接头的平均疲劳循环周次比原始试样并没有下降,反而提高了36%;对补焊焊趾进行打磨处理,接头的平均疲劳循环周次比补焊焊趾未打磨的接头提升了16%.数值模拟结果显示,补焊焊道收缩在裂纹最深处产生了-157 MPa的残余应力.三点弯曲加载时,裂纹最深处的应力由补焊前的508 MPa降为补焊后的94 MPa;单轴拉伸时,裂纹最深处的应力由补焊前的480 MPa降为补焊后的320 MPa.该结果表明直接埋藏法补焊所产生的残余压应力是延缓或阻止原始裂纹继续向母材扩展的主要原因.综合试验和模拟结果,可以认为直接埋藏法修补疲劳裂纹在水下焊接修复工程中有着很强的可行性.     

正交异性钢桥面板的疲劳裂纹扩展规律

为了研究正交异性钢桥面板U肋-横隔板的连接部位的疲劳问题,基于扩展有限元方法分析典型疲劳裂纹的扩展机理,并引入U肋-横隔板焊缝的残余应力,分析残余应力对疲劳裂纹扩展的影响。研究结果表明:萌生于横隔板开孔处的疲劳裂纹未考虑残余应力时不会扩展,加入残余应力后会改变裂纹的应力状态,裂尖应力可以驱动横隔板开孔处的裂纹扩展,裂纹扩展类型为Ⅰ型裂纹;萌生于U肋焊趾处的疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,残余应力会影响裂纹扩展角度;对于萌生于横隔板焊趾处的裂纹,相比于不考虑残余应力的情况,考虑残余应力的裂纹扩展规律与实桥开裂规律相符,说明对于焊缝疲劳裂纹,在疲劳评估时应考虑焊接过程中残余应力对评估结果的影响。     

基于有效缺口应力法的正交异性钢桥面板疲劳评价

为验证有效缺口应力法在正交异性钢桥面板疲劳评价中的适用性,开展了横隔板弧形切口2种不同过渡形式的局部应力研究.采用Ansys分别计算U肋与横隔板连接处焊趾和焊根处的有效缺口应力,并加以比较,表明焊趾处更易萌生裂纹.采用S-N曲线评估其疲劳寿命,表明有效缺口应力法可以应用于正交异性桥面板的疲劳评价.有限元分析假定缺口的真实半径为0,这可能导致试验结果的保守性.基于不同U肋厚度的比较,发现U肋厚度的增加将导致U肋与横隔板端焊缝处更易产生疲劳裂纹.相关研究结果可为正交异性钢桥面板的设计和疲劳评价提供参考.     

钢箱梁疲劳裂纹特征超声波检测方法试验研究

采用疲劳裂纹标准试件对钢箱梁疲劳裂纹长度、宽度、深度、倾斜角度及开裂位置等特征进行超声波检测试验,研究钢箱梁疲劳裂纹特征超声波检测方法。依据理论计算和试验结果,对比分析每种裂纹检测波形及回波参数,提出1/3测长法,给出测长法判断依据的理论解,与实际检测结果相符合;针对裂纹深度,提出裂纹深度检测的精度提高的方法;建立裂纹倾斜角度、开裂位置判定计算公式。分析面板与U肋焊缝处不同类型裂纹检测结果,给出裂纹距焊趾距离K计算公式,并由K建立焊趾、焊根、未溶透部位疲劳裂纹判别方法。研究结果表明:疲劳裂纹特征与回波参数存在一定的相关性,疲劳裂纹特征检测方法具有较好的准确性。     

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％．     

钢箱梁横隔板焊缝疲劳性能的锤击效果研究

针对钢箱梁横隔板与U肋连接焊缝疲劳细节,选取了三个局部试件作为研究对象,采用锤击装置对试件弧形缺口处焊缝的焊趾部位进行锤击处理,并采用疲劳试验机对处理后试件进行疲劳加载,对比分析试件的疲劳裂纹扩展情况、疲劳应力幅和疲劳强度的变化情况。同时,建立了局部锤击有限元模型,分析锤击部位的残余应力、塑性变形等,并结合疲劳试验结果,从疲劳裂纹萌生寿命、疲劳强度、锤击残余应力分布等角度,对锤击效果进行了评价。研究结果表明,锤击处理可有效提高横隔板与U肋连接焊缝的疲劳裂纹萌生寿命及疲劳强度;锤击处理可产生明显的塑性变形及残余应力,且两者均以焊趾为中心近似呈圆弧状分布;锤击深度为0.2mm时,锤击残余压应力沿板厚、垂直焊缝方向的分布范围均为3mm左右,从而改善构件的疲劳性能。     

超声冲击法提高焊接接头疲劳强度的机理分析

使用工具显微镜和维氏硬度计测量了超声冲击处理前后焊趾区的几何形状与硬度的变化，并应用疲劳缺口系数的概念及Dang Van准则，对超声冲击造成的焊趾区几何形状的变化及残余压缩应力对接头疲劳性能改善的影响行为进行了研究．结果表明，对于低中强钢来说，超声冲击处理焊接接头疲劳性能的改善主要是由焊趾部位形成的残余压应力及改善焊趾几何外形这两个因素引起的，硬化的作用相比次之、研究还证明，冲击处理对焊接接头应力集中程度的降低，主要是通过增加焊趾区过渡半径来实现的．     

焊缝几何对焊趾疲劳裂纹扩展行为的影响

根据实测的焊趾疲劳裂纹形核点处的焊缝几何参数及其统计分布，通过建立焊缝几何参数与焊趾裂纹应力哟度因子解之间的关系，用统计模拟方法研究了焊缝几何参数的统计涨落性质对焊趾裂纹扩展行为的影响，结果表明，焊趾曲率半径的统计涨落对焊趾疲劳裂纹扩展分散性的影响最大；调整焊趾角度对焊趾裂纹扩展遥增寿作用最显著。     

网架结构螺栓球节点中M39高强度螺栓变幅疲劳性能试验

螺栓球网架结构在悬挂吊车循环荷载作用下,节点处高强度螺栓易发生疲劳破坏。本文利用MTS疲劳试验机完成了7组M39高强度螺栓在轴向拉伸应力循环下的变幅疲劳试验,通过对疲劳断口的形貌分析,揭示了变幅疲劳的破坏特征,基于miner线性累计损伤法则对试验数据进行折算,得到对应的等效常幅应力,经拟合绘制了变幅疲劳破坏的S-N曲线并给出表达式,最后将此次变幅疲劳数据和已有的M39高强度螺栓常幅疲劳对比,证明了变幅疲劳破坏寿命可以等效成常幅疲劳问题来分析计算。本次变幅疲劳试验结果所得的应力循环次数达200万次时对应的容许应力幅为现行规范中的1.45倍。     

基于Fe-safe的K形对接焊缝疲劳分析

基于等效结构应力法和BS7608焊缝疲劳分析方法,分析了不同坡角的K形对接焊缝的疲劳性能.分别采用ANSYS和Fe-safe对其进行静力分析和疲劳分析,得到K形对接焊缝本身的疲劳寿命和焊趾处的疲劳寿命.计算结果表明,焊趾处存在明显名义应力集中且随着坡口角度的增大而增大;焊趾处疲劳强度最低,焊趾的疲劳强度随坡角的增大而降低;焊缝自身的疲劳强度随着坡角的增大而有所提高.增大焊缝坡口角度有利于焊缝自身的抗疲劳性能,却不利于焊趾,这对钢结构加工过程中焊缝坡角的选择具有参考意义.     

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。     

火焰喷熔涂层与焊接接头性能研究

采用Ni60A合金粉末对Q235B钢十字焊接接头进行了喷熔修形处理．通过对涂层和焊缝的金相、扫描电镜、能谱等分析,研究了涂层与基体间的冶金结合情况,发现涂层组织致密、非金属夹杂物少、孔隙率低,与基体实现了良好的冶金结合．喷熔涂层本身的强度直接影响着十字焊接接头低周疲劳强度的大小．为此,通过有限元模拟和拉伸试验测定了涂层的抗开裂力值的大小．结果表明：当应力值为350MPa时涂层开裂,说明涂层自身强度较高．在应力比为0．1、平均应力为186MPa的情况下,喷熔接头的低周疲劳寿命均超过13000周次以上,并且断裂位置均在母材．     

细晶粒钢热影响区软化焊接接头的力学性能

焊接接头热影响区软化是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题.用有限元分析方法,从屈服强度和抗拉强度两个方面对热影响区软化的焊接接头的力学性能进行分析.分析结果表明,与接头的屈服强度相比,热影响区软化对接头的抗拉强度有较大的影响;软化的热影响区的屈服应力和宽度较焊缝对接头的抗拉强度有较大的影响,而且存在临界值,超过它们时,使接头的抗拉强度明显降低;增加焊缝的屈服应力可以改变临界点,提高热影响区软化焊接接头的屈服强度和抗拉强度.而且发现,试样的长度对测定热影响区软化的焊接接头的抗拉强度没有影响,而对其屈服强度的确定有一定影响.     

用热点应力评定双相不锈钢焊接接头疲劳强度

针对双相不锈钢焊接结构的疲劳性能问题，通过试验对双相不锈钢纵向角接板焊接接头和侧面角接板焊接接头疲劳强度用热点应力进行了评定，做出了热点应力S-N曲线并与名义应力疲劳评定进行了比较．说明符合本试验型式及尺寸的这两种焊接接头用名义应力评定时疲劳数据分散性很大，试验疲劳级别分别为FAT136和FAT102；用热点应力评定时疲劳数据分散性明显减小，其疲劳强度可以用一条S-N曲线表示，试验疲劳级别为FAT162。     

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.     

焊接接头裂端塑性区发展与应力三轴性

采用有限元计算方法分析了平面应变条件下中心裂纹和三点弯曲不同强度匹配和裂纹深度试样中的裂端场．结果发现，焊接接头裂端应力三轴性随加载方式、裂纹长度及焊缝和母材匹配性质不同而变化，并从焊缝和母材塑性区发展及应变硬化方面进行了解释．同时指出，由于焊缝和母材塑性变形及交互作用导致的裂端韧带上拉应力的改变是不同接头中应力三轴性变化的根本原因