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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)T型焊接接頭表面的應(yīng)力分布的影響。 對(duì)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(duì)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(jí)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(duì)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(píng)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(duì)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(píng)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(duì)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(duì)該管板接頭