壓彎復(fù)雜應(yīng)力下某高強(qiáng)鋼焊接件的疲勞特征研究.pdf

1、錐柱結(jié)合殼是潛艇和深潛器的典型結(jié)構(gòu)形式和疲勞熱點(diǎn)部位,隨著結(jié)構(gòu)尺寸的增大和新型高強(qiáng)鋼的應(yīng)用,該熱點(diǎn)部位的疲勞問題變得尤為突出。工作狀態(tài)下,由于錐角的影響,錐柱結(jié)合處承受著由彎曲應(yīng)力和兩向壓應(yīng)力形成的壓彎復(fù)雜應(yīng)力,同時(shí)還存在焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中的影響,使得該部位的疲勞研究非常復(fù)雜。
　　目前,對(duì)這一典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試件研究時(shí),均忽略了一向或兩向壓應(yīng)力,而忽略壓應(yīng)力對(duì)結(jié)合處疲勞特征和裂紋壽命的影響尚未見研究,使結(jié)構(gòu)疲勞問題評(píng)估中,存

2、在著不確定的因素。
　　本文以錐柱結(jié)合處典型部位的焊接試件為研究對(duì)象,通試驗(yàn)和理論分析,對(duì)不同應(yīng)力形式下焊接件的疲勞特征進(jìn)行研究,探討壓應(yīng)力對(duì)結(jié)合處疲勞性能的影響。首次提出了錐柱結(jié)合處疲勞壽命估算時(shí),壓應(yīng)力影響不可忽略的結(jié)論。首先,通過對(duì)焊接試件進(jìn)行了三向加載試驗(yàn)和彈塑性有限計(jì)算,分析不同應(yīng)力形式下,局部應(yīng)力應(yīng)變值隨名義應(yīng)力的變化情況。試驗(yàn)和理論分析均發(fā)現(xiàn):焊趾處名義應(yīng)力相同時(shí),不同應(yīng)力形式下的局部應(yīng)力應(yīng)變值不同,壓應(yīng)力的存在使其

3、明顯減小,且減小量與壓應(yīng)力相對(duì)彎曲應(yīng)力的比值相關(guān)。
　　分析結(jié)果用于疲勞裂紋的萌生壽命估算。然后,對(duì)預(yù)制有半橢圓表面裂紋的焊接試件,進(jìn)行了三向加載的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn),分析壓應(yīng)力對(duì)裂紋擴(kuò)展規(guī)律的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):壓應(yīng)力對(duì)裂紋的半橢圓形狀未產(chǎn)生明顯影響,但對(duì)裂紋深度與半長(zhǎng)度的比值a/c產(chǎn)生了很大的影響;結(jié)合Newman-Raju公式分析裂紋擴(kuò)展速率得出,相同應(yīng)力強(qiáng)度因子幅ΔK下,縱向壓應(yīng)力使擴(kuò)展速率值有一定減小,但速率隨ΔK的變化趨勢(shì)未發(fā)生

4、改變,周向壓應(yīng)力明顯增加了裂紋擴(kuò)展速率,且使速率隨Δk的變化趨勢(shì)更加陡峭。
　　分析結(jié)果為裂紋擴(kuò)展壽命估算提供基礎(chǔ)。最后,根據(jù)試驗(yàn)和分析得到的結(jié)果,分別基于局部應(yīng)力應(yīng)變方法和斷裂力學(xué)方法估算焊接件焊趾處的裂紋萌生壽命和擴(kuò)展壽命,并計(jì)算疲勞裂紋總壽命。在焊趾名義應(yīng)力值不變條件下,縱向壓應(yīng)力和周向壓應(yīng)力幾乎均使裂紋萌生壽命和裂紋擴(kuò)展壽命減小;壓應(yīng)力與彎曲應(yīng)力比值為0.5左右時(shí),疲勞總壽命減少量達(dá)到50％。故,進(jìn)行結(jié)構(gòu)的疲勞壽命安全評(píng)估