用缺口应力法和峰值应力法评定焊接接头的疲劳寿命

本文比较了两种用于焊接接头疲劳寿命评估的方法:缺口应力法和峰值应力法.这两种方法是从完全不同的理论背景出发推导出来的,但都是借助有限元仿真技术基于对作用在焊缝缺口尖端的局部应力进行评估.本文所述方法收集了3种焊接接头的实验数据,这些焊接接头具有不同的几何参数和单元厚度.本研究对177项实验测试进行了评估,其中31项来自...     

焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响

为提供一种考虑焊接残余应力重分布效应的疲劳裂纹扩展数值模拟方法,并以此研究焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响,采用热弹塑性有限元法计算焊接残余应力,再基于计算机图形学与等参元逆变换提出应力映射技术,并借助该技术将计算的应力映射到疲劳裂纹扩展分析模型.采用NASGRO方程,考虑焊接残余应力的重分布效应,研究焊接残余应力对疲劳寿命的影响.研究结果表明:1)即使是很小的焊接残余拉应力也可能对材料疲劳寿命造成显著的降低.相反,很小的焊接残余压应力也可能显著地提高材料的疲劳寿命,本算例不到10％材料屈服强度的焊接残余拉/压应力,将疲劳寿命降低了/提高了25％/75％以上;2)焊接残余拉应力对疲劳寿命的影响随着应力的增大而增大,但增大的比例随着应力值的增大而显著减小;3)残余压应力对疲劳寿命的影响程度要比同值的拉应力影响大.此外,根据研究结果还给出了一些降低焊接残余应力不利影响及提高材料疲劳性能的工程建议.     

焊接对转向架疲劳寿命影响的探讨

通过几个典型事例说明焊接结构、焊缝质量对转向架疲劳强度的影响，提出了提高疲劳强度的方法和措施。     

基于缺口应力法的转向架焊接接头疲劳性能分析

缺口应力法作为焊接结构疲劳设计的新方法以其较高的准确性而得到越来越广泛的应用。鉴于铁道车辆焊接结构尚未建立可靠的缺口疲劳寿命曲线,根据当前转向架焊接接头疲劳试验所提供的数据进行了缺口疲劳分析。疲劳试验名义应力数据源自构架常用材料S355J2所生产的2种焊接接头试样,包括低缺口效应的对接接头和高缺口效应的十字角接头。采用经验公式法和有限元方法对焊接接头的焊趾焊根缺口应力集中系数进行了分析,联合疲劳试验下的名义应力数据建立了转向架焊接接头的缺口疲劳寿命曲线。通过与IIW标准推荐的缺口疲劳曲线FAT225相比较,该曲线具有相当的疲劳等级和更小的曲线斜度;同时从差异系数的角度证明了缺口应力法比名义应力法具有更小的分散性。     

关于钢桥疲劳设计的应力脉准则

本文对钢桥疲劳设计的应力脉准则的基本概念、原理和计算方法作了简明扼要的介绍,深入分析讨论了焊接结构疲劳发生的机理,并指出了座力脉准则的重要特点及其意义,进而就如何改进我国现行铁路和公路钢桥疲劳设计规范问题,提出了建议。     

焊接残余应力对钢结构疲劳性能影响研究

针对机车车辆各焊接承载部件的结构疲劳性能,在广泛参考和借鉴国际上动态承载焊接结构的疲劳研究成果,并对各种现行国内外工业设计标准或规范进行对比研究的基础上,主要就焊接残余应力的结构疲劳性能影响及其考虑方式相关内容进行了详细和深入的探讨.明确在机车车辆各焊接承载部件的焊缝接头疲劳设计、强度评定及寿命预测分析中,必须重视焊接残余应力的疲劳影响作用,并应依据实际结构几何及焊缝接头形式、承载特点、残余应力真实分布等因素,采取适当方法予以合理考虑.     

焊接转向架焊接接头疲劳性能的试验

研究了TIG重熔技术对改善焊接接头焊趾处的硬度和提高其疲劳强度的作用；介绍了车辆焊接转向架焊接接头疲劳性能的试验结果。     

焊接缺陷对动车组铝合金车体疲劳寿命影响研究

由铝合金型材焊接而成的高速列车车体,如考虑焊缝处初始焊接缺陷的存在,将造成焊缝质量等级的不同,进而造成其抗疲劳能力产生差异。为寻求在设计阶段能较准确地预测含初始焊接缺陷的动车组车体疲劳寿命的评估方法,通过试验获得3种含初始焊接缺陷试件的疲劳寿命数据,并基于美国ASME(2007)标准中的结构应力法计算出含不同焊接缺陷试件疲劳寿命的"等效初始裂纹";建立包括焊缝在内的动车组车体有限元模型,并依据BS EN12663-1:2010标准的加载方式,基于等效结构应力法和Miner线性累积疲劳损伤理论,预测车体关键焊缝的疲劳寿命;根据反求出来的等效裂纹对模型进行修正,研究初始焊接缺陷的存在对车体疲劳寿命的影响。     

基于等效结构应力的地铁车辆焊接构架疲劳寿命分析

文章针对地铁车辆焊接构架焊接部位的疲劳失效问题,首先建立构架有限元模型,选取5条危险焊缝,按照疲劳试验的载荷计算得到焊缝结构应力分布特点,其中焊缝最大等效结构应力点为77.5 MPa;然后根据结构应力法中98％可靠度,-2σ应力水平下的S-N曲线计算焊缝疲劳寿命,5条焊缝的累积损伤均小于1,满足疲劳设计寿命要求;最后使...     

铁路旧钢桥中疲劳裂纹扩展寿命的研究

本文应用疲劳断裂理论，通过对旧钢桥钢材性能和铆接中裂纹尖端应力强度因子的试验，研究了铁路旧铆接钢桥疲劳裂纹扩展寿命。由于旧铆接钢桥的使用应力水平较低，虽然材料的断裂韧性较差，但杆件中出现可见裂纹后，在其扩展至临界尺寸以前，杆件仍能承受相当多的荷载循环次数。这便说明旧铆接钢桥虽已使用了数十年以上，但仍有相当大的利用价值。     

基于ANSYS的焊接接头疲劳分析

通过在模型中设置缺陷,研究各种缺陷对焊接接头疲劳性能的影响。将有限元计算结果和试验数据进行对比,表明有限元计算的结果是合理的,可以采用ANSYS对焊接结构进行疲劳分析。     

多次返修焊对S355J2W＋N钢焊接接头中值疲劳寿命的影响

通过试验研究,分析了多次返修焊对S355J2W＋N钢MAG焊接接头中值疲劳寿命的影响.结果表明,2次返修焊、4次返修焊和6次返修焊的接头中值疲劳寿命与未返修的接头相比分别下降了21％、26％和41％,即随着返修焊次数的增加,接头中值疲劳寿命有下降的趋势.断口分析表明,疲劳断口明显分成裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区3部分,裂纹源一般起源于表面或近表面缺欠.     

超声波锤击对钢桥构造细节疲劳性能的影响

针对我国客运专线铁路大跨度斜拉桥设计中出现的2种新型构造细节——十字形熔透焊接构造(传力型)和焊接盖板构造开展疲劳试验,制定了其疲劳S-N曲线和疲劳抗力设计指标。在此基础上,进行了2种试件在超声波锤击后不同应力幅下的疲劳试验,掌握了超声波锤击对不同构造细节疲劳强度的影响,以及对同一构造细节不同应力幅下疲劳性能的影响。试验结果表明:超声波锤击后试件的200万次疲劳强度有明显提高,为原状试件的2倍以上;但超声波锤击后试件的疲劳S-N曲线斜率明显减小,即随着应力幅的增加,超声波锤击对其疲劳性能的改善程度越来越小;当应力幅大到一定程度时,超声波锤击不会改善其疲劳性能。     

基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化方法

将线弹性断裂力学、结构可靠度理论与全寿命成本分析法相结合,提出基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化分析方法。根据钢桥焊接构件疲劳裂纹的尺寸,采用分级维修策略,根据全寿命思想将养护费用分为检测费用、维修费用和失效费用;基于构件的需检、维修和失效概率,以构件满足最小允许可靠度的养护总费用最小为优化目标,进行养护策略优化分析。对某悬索桥钢箱梁横向加劲肋疲劳养护策略优化分析的结果表明,检测费用对最优检测维修时刻的影响最明显;检测费用增大,最优检测维修时刻推迟;维修费用增大,最优检测维修时刻提前;折现率能改变总费用的值;当失效概率很小时,失效费用增大对最优检测维修时刻影响不大。提出的养护策略优化方法简单实用,可操作性强,可用于类似钢结构的养护优化。     

表面处理对动车组用铝合金焊接接头超高周疲劳性能的影响

采用超声冲击和磨平焊缝余高2种表面处理方法对高速列车用A7N01P高强铝合金焊接接头焊趾及焊缝处进行处理,利用超声疲劳试验机,研究母材与未处理和处理后焊接接头的超高周疲劳性能;借助扫描电镜(SEM)观察疲劳断口形貌,并借助显微硬度计和透射电镜(TEM)研究冲击后铝合金焊接接头冲击层的显微硬度变化和晶粒细化现象;探讨超声...     

超声冲击对转向架用16MnR钢焊接接头疲劳性能的影响

采用HJ2-Ⅱ型超声冲击枪,对转向架用16MnR钢的焊接接头表面进行超声冲击处理.利用EHF-EM200K2-070-1A疲劳试验机,采用较低载荷频率(低于10 Hz)对16MnR钢焊接接头超声冲击前后的疲劳性能进行对比试验.试验结果表明:在疲劳寿命为2×106时,焊接接头试样在超声冲击处理前后的疲劳强度分别为265和325 MPa,提高了22.6％;超声冲击处理后焊接接头的疲劳寿命是处理前的51～59倍.经过超声冲击处理后,焊接接头焊趾处的应力集中程度和焊接残余应力降低,表明超声冲击处理对提高16MnR钢焊接接头疲劳性能具有显著的效果.     

腐蚀介质对7N01铝合金焊接接头腐蚀疲劳性能的影响

通过成组法和升降法对A7N01S-T5铝合金焊接接头在NaCl溶液中的腐蚀疲劳性能进行研究,主要考察介质浓度和pH值对条件腐蚀疲劳极限的影响。结果表明,介质浓度的增加和pH值的降低会导致焊接接头腐蚀疲劳极限的降低。焊接接头的腐蚀疲劳断口呈现疲劳条带和解理共存的形貌,微观形貌观察表明,腐蚀疲劳裂纹萌生于表面腐蚀坑,在交变载荷作用下,蚀坑深度和表面积迅速增加,当蚀坑增大到临界尺寸时,由于蚀坑应力集中,在交变应力持续作用下,短裂纹作为相邻点蚀坑间的桥梁,最终导致腐蚀疲劳裂纹形成、扩展,直至断裂。     

加载波形对钢桥典型构造细节疲劳性能的影响

对既有铁路钢桥构造细节进行梳理分析,选择十字形焊接接头、盖板端焊缝、U肋纵向角焊缝等典型的构造细节,研究其在不同加载波形条件下的疲劳性能。首先,根据三种典型构造细节在实桥中的受力特征和实验室加载条件,设计能够反映实桥受力特征的试件,建立有限元模型,验证试件设计的合理性,掌握试件的应力分布状态和应力集中程度。然后,开展矩形波和正弦波加载条件下三种典型构造细节的疲劳试验。最后,对三种典型构造细节的疲劳试验结果进行分析,掌握了加载波形对于构造细节疲劳性能的影响程度,可为我国铁路钢桥的设计和评估提供依据。     

基于子结构瞬态结构应力的轨道车辆焊接结构疲劳寿命评估方法研究

瞬态疲劳分析比频域疲劳分析更能反映结构动态特性。该方法因轨道车辆有限元模型太大,仿真时间成本过高而难以被大量、广泛应用。提出基于子结构瞬态结构应力的轨道车辆焊接结构疲劳寿命评估方法。基于Guyan缩减理论,提出子结构模态匹配方法确定动态子结构模型,再对动态子结构模型进行刚柔耦合仿真获得载荷历程。对该模型生成的焊缝子结构模型进行瞬态分析,获得等效结构应力响应时程进行焊缝疲劳寿命评估。以某高速列车焊接车体验证,研究结果表明：所提出方法能考虑轨道车辆刚柔耦合模拟和结构的动态振动特性,与传统方法相比,模态分析时间减少到47%,焊缝疲劳寿命评估结果误差不超过2%,但瞬态仿真时间减少95%。该方法还可以运用于其他焊接结构的瞬态仿真疲劳寿命评估。