考慮殘余應(yīng)力下焊接接頭多軸疲勞損傷研究.pdf

1、工程中，焊接結(jié)構(gòu)通常承受復(fù)雜的多軸循環(huán)載荷作用，焊縫區(qū)通常是疲勞失效的熱點(diǎn)區(qū)域。因此研究焊接結(jié)構(gòu)在復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下的多軸疲勞對(duì)于工程實(shí)際具有十分重要的意義。潛艇錐柱結(jié)合殼焊縫區(qū)域是潛艇疲勞破壞的熱點(diǎn)，該區(qū)受力狀態(tài)為沿潛艇縱向的彎曲應(yīng)力、縱向壓應(yīng)力和環(huán)向壓應(yīng)力等復(fù)雜比例循環(huán)應(yīng)力。本文以高強(qiáng)鋼對(duì)接接頭為研究對(duì)象，在總結(jié)過(guò)去關(guān)于焊接接頭疲勞研究和常規(guī)疲勞理論，結(jié)合試驗(yàn)研究，探索考慮殘余應(yīng)力下焊接接頭多軸疲勞損傷壽命的分析方法，以期獲得可靠的

2、疲勞壽命結(jié)果，從而提出了一套完整的考慮殘余應(yīng)力為初始應(yīng)力的疲勞裂紋萌生壽命的計(jì)算方法，并定量分析了殘余應(yīng)力對(duì)疲勞累積損傷的影響。
　　焊接殘余應(yīng)力的存在將會(huì)影響著焊接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等，脆性斷裂發(fā)生的地方又常常是焊縫位置，因此在對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析的時(shí)候，必須考慮焊接殘余應(yīng)力的影響。同時(shí)考慮在焊接殘余應(yīng)力和多軸荷載的雙重作用下，更有可能萌生裂紋。常規(guī)的殘余應(yīng)力修正，都是基于公式法的修正，未得到有效的驗(yàn)證;而本文提出的將殘余

3、應(yīng)力作為初始應(yīng)力用于預(yù)估疲勞萌生壽命的作法，充分考慮了殘余應(yīng)力與材料的狀態(tài)有關(guān)這一事實(shí)，符合材料的疲勞破壞特性。因此，如何用有限元方法模擬焊接殘余應(yīng)力的影響進(jìn)行焊縫裂紋萌生累積疲勞損傷的評(píng)定并進(jìn)行疲勞壽命的計(jì)算還是一個(gè)新的課題。
　　首先，結(jié)合厚板多層焊接的特點(diǎn)，采用APDL參數(shù)化語(yǔ)言，進(jìn)行了基于ANSYS的焊接結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)模擬，再現(xiàn)了不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布和殘余應(yīng)力分布，計(jì)算結(jié)果與X射線衍射法測(cè)量結(jié)果基本相符，參數(shù)化編程為

4、中厚板多道正反焊接的模擬提供了參考，可以促進(jìn)厚板焊接過(guò)程模擬技術(shù)在工程中的應(yīng)用。
　　其次，提取焊接殘余應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果文件，將焊接殘余應(yīng)力(ist文件)作為模型的初始應(yīng)力，并疊加多軸載荷，進(jìn)行考慮殘余應(yīng)力和多軸循環(huán)載荷下的焊接結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)分析，確定疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)位置，并得到危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力、應(yīng)變值時(shí)程圖。
　　最后，基于得到的危險(xiǎn)點(diǎn)的各項(xiàng)應(yīng)變時(shí)程曲線，選取定義的7種疲勞損傷參量，采用matlab軟件確定各損傷參量最大值及對(duì)應(yīng)的疲勞損傷面