基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的焊接接頭疲勞分析及多軸高周疲勞壽命估算.pdf

1、焊接接頭廣泛應(yīng)用于航空航天、車輛工程、工程機(jī)械和港口機(jī)械等許多工程領(lǐng)域，對焊接接頭的疲勞應(yīng)力進(jìn)行深入研究，可以為這些重大機(jī)械裝備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，對于產(chǎn)品的可靠性和抗疲勞設(shè)計(jì)具有重大意義。本文以港口散貨機(jī)械常用的焊接接頭為應(yīng)用背景，基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析理論和疲勞試驗(yàn)結(jié)果，借助數(shù)值計(jì)算的方法對焊接接頭焊趾處的疲勞應(yīng)力行為進(jìn)行了深入研究，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 采用有限元方法研究了焊縫間隙的幾何尺寸對非承載和承載十字接頭的應(yīng)力集中

2、系數(shù)的影響；采用有限元彈性求解，給出T型焊接接頭不同網(wǎng)格劃分尺寸與接頭焊趾處應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系；考察了采用不同網(wǎng)格尺寸對T型焊接接頭表面的應(yīng)力分布的影響。 對常用的Q235B鋼的三類角焊接接頭，分別為帶縱向立板焊接接頭、承載十字接頭和帶加強(qiáng)板焊接接頭，進(jìn)行了單軸拉伸疲勞試驗(yàn)；這些接頭在厚度、寬度和制造工藝上相同，其焊趾處的標(biāo)稱應(yīng)力相同；對這些接頭的疲勞強(qiáng)度曲線進(jìn)行了分析，獲得了焊接試樣疲勞強(qiáng)度曲線方程常數(shù)m和給定2e6次循環(huán)時(shí)的

3、疲勞強(qiáng)度(疲勞級別FAT)。 基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力法計(jì)算了Q235B帶縱向立板焊接接頭、焊透承載十字接頭和帶加強(qiáng)板焊接接頭的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)；計(jì)算了16Mn典型焊接接頭的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)；利用疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和已有的文獻(xiàn)疲勞數(shù)據(jù)考察了結(jié)構(gòu)應(yīng)力疲勞設(shè)計(jì)曲線；對比了采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力和名義應(yīng)力進(jìn)行焊接接頭疲勞評定的結(jié)果。 以結(jié)構(gòu)力學(xué)平衡原理為基礎(chǔ)建立了非承載十字接頭的三維結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算公式?？疾炝撕附咏宇^三維結(jié)構(gòu)應(yīng)力的應(yīng)力集中系數(shù)與二維結(jié)構(gòu)應(yīng)力

4、集中系數(shù)的區(qū)別；給出了非承載十字接頭在拉伸荷載作用下三維結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)；三維的結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算方法具有網(wǎng)格劃分不敏感性。 根據(jù)板殼有限單元法給出了焊接接頭采用殼單元求解結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)了殼單元節(jié)點(diǎn)力與沿焊縫截面分布力的關(guān)系；給出了采用殼單元求解結(jié)構(gòu)應(yīng)力的詳細(xì)步驟；首次給出了采用殼單元模擬焊縫時(shí)殼單元的厚度參考值，采用該方法與基于平面實(shí)體單元求解得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)很接近；證實(shí)了殼單元建模方法具有很好的網(wǎng)格劃分不敏

5、感性；針對T型焊接接頭、帶加強(qiáng)板的焊接接頭和非承載十字接頭給出了基于殼單元的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)，給出了非承載十字接頭沿焊縫分布的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)的分布。 結(jié)合焊接接頭結(jié)構(gòu)應(yīng)力和修改的W(o)hler曲線法給出了新的焊接接頭多軸疲勞壽命評定法，該方法適用于焊接接頭比例載荷和非比例載荷加載，同時(shí)具有網(wǎng)格劃分不敏感性；對管板接頭進(jìn)行有限元建模，采用新的殼單元求解技術(shù)獲得了管板焊接接頭分別在彎矩和扭矩作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)；對該管板接頭