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。     

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。     

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.     

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。     

钢桥焊接构件疲劳寿命预测

分析了影响焊接接头疲劳寿命的各种因素,在Dugdale模型基础上构造裂纹闭合模型,并将其应用到焊接接头的表面半椭圆形裂纹,其中考虑了影响区的材性变化、焊接残余应力以及焊缝几何带来的应力集中,通过与两个试验结果的比较表明：该法能估计裂纹扩展阶段的疲劳寿命,可用于焊接钢桥抗疲劳设计。     

T型焊接接头中疲劳裂纹扩展的三维边界元模拟

T型焊接接头在钢结构中十分常见 ,它往往因初始微裂纹的疲劳扩展而导致断裂破坏。该文应用边界元( BEM)子域法 ,研究 T型焊接接头中三维混合模式表面裂纹的疲劳扩展问题。按照 T型焊接接头的实验模型建立边界元计算模型。基于端点附近裂纹前沿线位于椭球面上的假设 ,用间接方法求出裂纹前沿线的两个端点。当裂纹扩展时 ,计算网格可以自动进行重新划分。文中对裂纹扩展长度和方向提出了一种扩展准则 ,并与其他准则和实验结果进行了比较。计算结果表明 ,提出的扩展准则是有效的     

海洋钻井平台T型管状接头的有限元分析

本文用“线性静动力结构分析程序”对海洋钻井平台 T 型管状接头进行了有限元分析。通过对无加强管状接头的计算,对所得“热点”的应力集中系数以及应力分布情况与用经典解析法所得结果及试验值作了比较,效果极为满意。本文还对具有局部加强的 T 型管状复杂接头进行了有限元分析,其中包括具有加强段(即在管子交接区域局部增厚管壁厚度)和用肘板局部加强的管状接头。计算结果表明,局部加强对降低管状接头应力集中系数效果十分显著。对于具有局部加强的复杂管状接头,若用基于壳体理论的经典解析法求解是十分困难的,这就充分显示了用有限元分析复杂接头的优越性。     

高层钢框架支撑结构多尺度风致疲劳分析方法

为了研究高层钢结构风致疲劳性能,提出了一种由整体尺度到局部节点尺度再到局部焊缝尺度的结构多尺度疲劳分析方法.选取某高层钢框架支撑结构为实际工程,模拟了相应的风荷载,通过建立结构的多尺度有限元模型,对模型进行时程分析,确定了结构应力较为集中的梁柱节点,并得到其应力集中的区域.然后,采用热点应力法对裂纹萌生寿命进行评估,并研究了单元类型及网格划分尺寸对结果的影响.结果表明:该结构底层边跨梁柱节点内侧梁上翼缘板的侧下部易产生较大的应力集中而萌生疲劳裂纹;对于焊缝附近的网格划分类型来说,线性单元及网格尺寸4 mm已基本满足精度需要;该工程的疲劳裂纹萌生寿命为335 a.     

近海结构焊接接头的疲劳安全性评定

采用线性累积损伤法则与线弹性断裂力学研究途径对近海结构管状焊接接头疲劳失效概率进行了分析与计算。还得到对应于不同安全性指标下的最大允许用应力。     

近海结构管状焊接接头的疲劳可靠性分析

应用线性累积损伤准则与线弹性断裂力学方法,对近海结构管状焊接接头疲劳失效概率进行了分析与计算。文中还给出了对应于不同可靠度下的最大容许应力幅值。     

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.     

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。     

焊接对热轧H型钢高应变低周疲劳行为的影响

对热轧H型钢热轧和焊接后的高应变低周疲劳循环应力响应曲线、循环应力应变关系和应变寿命关系进行了分析,通过Coffin-Manson公式得到疲劳寿命计算公式,计算出Nf=100周时的循环韧度值σa·Δεt。结果表明,H型钢焊接试样的循环韧度比热轧试样的循环韧度降低38%。热轧试样表现出明显的循环稳定特性,焊接试样表现出循环软化直接断裂的应力响应特征。焊接试样的断口扫描电镜观察发现,疲劳裂纹在焊接接头的粗晶区表面处萌生,断口瞬断区具有明显的韧窝特征,表明材料焊接后保持较高的韧性。     

桥梁用钢14MnNbq焊接接头的疲劳设计曲线

通过对14MnNbq钢焊接接头的疲劳试验,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钢焊接接头疲劳设计曲线与ASME、BS5500中相应的曲线进行了比较。     

TC17合金电子束焊接接头高周疲劳失效行为研究

电子束焊接构件广泛应用于航空发动机关键部位,其需要满足长寿命与高可靠性的设计要求.针对TC17合金电子束焊接接头,采用旋转弯曲疲劳试验方法,获得焊接接头的高周疲劳性能,同时利用电子扫描电镜对疲劳断口进行微观观察,探明焊接接头的高周疲劳裂纹萌生和扩展机理.结果表明,TC17合金电子束焊接接头在10~7周次的疲劳强度为450 MPa,约为母材强度的81%,试样失效位置均位于焊缝区;试样表面最大应力与内部气孔缺陷处应力集中形成竞争机制,在10~5～10~7周次内,裂纹萌生于内部气孔,在10~7周次后,裂纹萌生于试件表面;试样断口显示出明显的穿晶断裂区和沿晶断裂区,疲劳寿命随沿晶断裂区的应力强度因子下降而增加;气孔面积及真实应力为影响疲劳寿命的主要因素,气孔处应力强度因子与疲劳寿命呈线性下降关系.     

正交异性桥面板典型焊接接头应力强度因子修正公式

正交异性桥面板应用广泛,其焊接接头的疲劳破坏是导致桥面板结构失效最主要的原因。采用断裂力学的方法评价正交异性桥面板典型焊接接头的疲劳性能是工程领域主要的研究方法,但已有的应力强度因子公式存在精度不高、疲劳寿命预测不准等问题。以Baik等学者提出的应力强度因子公式为基础,修正了原有公式的物理概念;并通过回归有限元模型中的数据,得到了修正的应力强度因子计算公式。经与现有试验研究结果的比较,验证了修正公式在焊接接头疲劳寿命预测上的可靠性;并证明了其在正交异性桥面板工程中的应用价值。     

振动焊接对焊缝力学性能影响

采用试件和结构件进行了大量的对比试验,分析研究了振动焊接对构件焊缝区残余应力、断裂韧性、疲劳寿命等力学性能的影响。结果表明,振动焊接可以降低焊缝表面的残余应力,改善焊缝区的微观组织,提高焊缝处的断裂韧性,提高试件和结构件焊缝的疲劳寿命。     

交叉角焊缝的有限元模拟分析

采用HyperMesh对模型进行网格划分,利用生死单元法实现了对实际焊接过程的数值模拟,对不同方向焊缝的半封闭式箱型结构的进行了焊接温度和残余应力的数值模拟。模拟结果表明,焊接过程中峰值温度区间位于2 050～2 150℃之间;每道焊缝焊接完成后残余应力都会发生变化,第一道焊缝焊接完成后,残余应力最大为316.7 MPa;第二道焊缝焊接完成后,残余应力最大为281.7 MPa;第三道焊缝焊接完成并经过装夹释放后,云图中残余应力基本呈对称分布,且残余应力最大值为367 MPa,位于三条焊缝交叉处。     

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.