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

1、焊接接頭廣泛應用于航空航天、車輛工程、工程機械和港口機械等許多工程領(lǐng)域，對焊接接頭的疲勞應力進行深入研究，可以為這些重大機械裝備的產(chǎn)品設(shè)計提供指導，對于產(chǎn)品的可靠性和抗疲勞設(shè)計具有重大意義。本文以港口散貨機械常用的焊接接頭為應用背景，基于結(jié)構(gòu)應力分析理論和疲勞試驗結(jié)果，借助數(shù)值計算的方法對焊接接頭焊趾處的疲勞應力行為進行了深入研究，主要內(nèi)容包括以下幾個方面： 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板焊接接頭，進行了單軸拉伸疲勞試驗；這些接頭在厚度、寬度和制造工藝上相同，其焊趾處的標稱應力相同；對這些接頭的疲勞強度曲線進行了分析，獲得了焊接試樣疲勞強度曲線方程常數(shù)m和給定2e6次循環(huán)時的

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

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)應力集中系數(shù)；三維的結(jié)構(gòu)應力計算方法具有網(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)應力集中系數(shù)的理論基礎(chǔ)，推導了殼單元節(jié)點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)應力的詳細步驟；首次給出了采用殼單元模擬焊縫時殼單元的厚度參考值，采用該方法與基于平面實體單元求解得到的結(jié)構(gòu)應力集中系數(shù)很接近；證實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)應力集中系數(shù)的分布。 結(jié)合焊接接頭結(jié)構(gòu)應力和修改的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，同時具有網(wǎng)格劃分不敏感性；對管板接頭進行有限元建模，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)應力集中系數(shù)；對該管板接頭