基于切口应力强度理论的135°拐角处应力场分析（英文）

在焊接接头处,几何的不连续造成了局部的应力集中,形成了应力奇异效应,有必要做进一步的研究。文章基于切口应力强度理论,引入了奇异强度as的概念,提出了评估切口应力的简便算法,并通过一系列十字形模型进行了验证。最后,将修改表达式的预估结果同N-SIF公式作了对比分析,结果表明该修正公式可以简单、准确地预估焊接接头处的应力。     

基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估

在焊接接头处,由于几何的不连续造成了局部的应力集中,对其疲劳强度评估的研究是十分必要的。文章提出采用奇异强度（as）来计算接头处的几何应力,并基于N-SIF方法分析了不同几何尺寸下十字接头的疲劳强度。结果表明该修正公式可以十分简便地评估出焊接接头处的疲劳强度。     

弯曲载荷下船体十字形焊接接头的应力场分析

针对船体焊接接头处因结构不连续造成局部应力集中,拐角处形成应力奇异效应,结构易发生破坏的问题,以船体十字形接头为研究对象,引入奇异强度系数as的概念,将拐角应力简化成I型应力(张开型)和II型应力(滑移型)之和,提出评估十字形接头拐角处应力场的简便算法,并将预估结果同传统的NSIF公式以及有限元结果进行对比,结果表明,所提出的十字型接头拐角应力场预估公式更简便有效。     

基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法

疲劳是海洋结构物破坏的重要因素,为简化舰船结构疲劳评估方法,基于线弹性断裂力学和切口应力强度理论,针对典型薄板结构研究拐角节点处的应力强度,分析结构形式,利用ANSYS有限元模拟和MathCAD函数拟合,分别给出计算应力强度因子的＂奇异权函数法＂和＂奇异等效裂纹法＂的研究方法,同时给出简便算法和经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估,并结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中,得到与结构尺寸相关的＂奇异应力集中系数＂函数。最后,针对切口应力,提出有限元分析所需要的＂奇异应力等效取值点＂的参考位置。希望能将奇异强度理论纳入船舶结构疲劳强度校核规范中做参考。     

基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估（英文）

在焊接接头处,由于几何的不连续造成了局部的应力集中,对其疲劳强度评估的研究是十分必要的。文章提出采用奇异强度(as)来计算接头处的几何应力,并基于N-SIF方法分析了不同几何尺寸下十字接头的疲劳强度。结果表明该修正公式可以十分简便地评估出焊接接头处的疲劳强度。     

典型管节点的疲劳寿命评估

针对大型焊接结构在复杂的应力应变场中,结构应力集中的地方往往会萌生裂纹,裂纹扩展损伤积累到一定的程度就会很容易酿成灾难性事故的问题,提出了一种运用权函数法求解典型管节点的应力强度因子,采用单一裂纹扩展率曲线模型预估管节点的疲劳寿命。通过与经验公式的结果对比,发现权函数的方法在计算寿命的时候和经验公式的结果拟合度很好,而且寿命要比经验公式偏小,更有利于对寿命的保守估计。该方法简单方便,具有很强的操作性和可行性。     

焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响

耐压球壳通常采用焊接方式将两个半球壳连接成整球,在焊缝处产生的接近材料屈服强度的焊接残余应力对球壳的承载能力有多大的影响,是否需要做焊后消除残余应力处理,将直接影响球壳的安全性和生产成本。而现有对球壳极限强度计算,无论是理论计算还是数值计算,均只考虑了球壳初始缺陷中的几何缺陷对球壳极限强度的影响。该文将在现有的耐压壳极限强度设计公式基础上,采用数值计算的方法对耐压球壳的焊接过程进行数值模拟,得到焊后球壳的焊接残余应力分布,并在此基础上考虑残余应力对球壳极限强度的影响,结果表明,对于大潜深厚球壳,焊接残余应力对耐压球壳承载能力影响不显著,为大深度潜器耐压球罐是否需做焊后消除残余应力处理提供了一定的参考依据。     

不同约束条件下T型板残余应力及极限强度研究

利用ANSYS Workbench软件通过热-固耦合的方法对T型板结构的焊接过程进行模拟,获得不同应力边界条件下焊接残余应力及变形;然后将残余应力和变形分别添加到力学模型中,同时施加位移载荷研究具有焊接初始缺陷的T型板结构压缩极限强度.结果表明:在焊缝及热影响区存在着较大的拉伸应力,T型面板呈现角变形状态;在分别添加焊接残余应力和变形情况下,T型板极限强度都有下降,焊接残余应力对T型板极限强度的影响较焊接变形影响大.     

基于残余应力释放的FPSO典型焊接接头的疲劳强度修正公式

由于浮式生产储油卸油船(FPSO)等船舶结构在服役前常常经历过较大的静载荷,这个预载荷常常会使焊接接头处较高的残余应力产生释放,同时船舶结构还承受着不断变化的波浪载荷,所以在估算FPSO等船舶结构典型焊接接头的疲劳强度时,需考虑残余应力释放的影响.该文通过有限元方法分析了在任意变幅循环载荷下,疲劳热点处的残余应力释放的规律,归纳出残余应力释放的大小与初始残余应力和外载荷之间的关系公式.然后,利用此公式对改进的疲劳估算公式进行修正,并且利用修正后的公式估算不同预载荷下典型焊接接头的疲劳强度,结果与试验结果棚符合.利用修正的改进公式可以更合理地对典型焊接接头在任意变幅循环载荷下的疲劳强度进行设计,同时也合理地解释了疲劳试验中以往不能被理解的结果.     

三维裂纹前缘应力强度因子数值计算方法

本文建立了采用20节点奇异元1/4节点位移法求解三维裂纹整个前缘3种类型应力强度因子的数值计算方法,给出了裂纹网格划分方法以及网格划分参数取值范围;基于平板表面裂纹研究了网格划分参数对应力强度因子计算结果的影响,并与Newman-Raju解析公式计算结果对比验证了数值方法的准确性,二者最大误差小于2%;采用数值计算方法计算了裂纹扩展标准三点弯曲样扩展过程中单边穿透裂纹前缘应力强度因子,并与解析公式计算结果进行对比分析,二者最大误差为4.7%,且随着裂纹扩展,误差越来越小。结果表明,提出的数值方法可用于含裂纹结构整个裂纹前缘不同类型应力强度因子求解中。     

A simplified method for evaluating singular stress field and fatigue strength of U-shaped notch

In order to simplify the assessment method of notch stress and fatigue strength for cruciform welded structures in ocean engineering, a simple stress assessment formula based on singular strength values $a{s}_i$ and $b{s}_i$ was presented according to linear elastic fracture mechanics and notch stress strength theory. In view of the stress singularity caused by the V-notch, the stress of the corresponding U-notch was recommended and used for fatigue evaluation. Therefore, on the basis of V-notch stress formula, a simplified U-notch stress field evaluation formula was obtained by theoretical analysis and numerical calculation. After a series of verification, it is found that the stress distribution and fatigue strength evaluation formula for cruciform welded joints based on singular strength values proposed in this paper can simply and accurately predict the notch stress at welded joints. The result of fatigue strength evaluated by the simplified formula has a smaller scatter band.     

Stress magnification effect of initial deformation on the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints

Compared with thick plate welded joint, the welding joint of thin plate will produce initial deformation due to its low bending rigidity. The existence of initial deformation will cause the welded structure to produce secondary bending effect, which will produce greater stress magnification effect at the weld toe and seriously affect the fatigue strength of thin plate welded joints. Therefore, based on the correction formula of thick plate, considering the influence of initial deformation and geometric nonlinearity of thin plate, this paper deduces the stress magnification factor formula at the weld toe of T-shaped and cruciform specimens. The accuracy of the revised formula is further verified by comparing the notch stress calculated by the modified formula with the FE results. Finally, the modified formula is applied to the notch stress and fatigue evaluation of typical thin plate welded joints respectively. The results show that the proposed notch stress calculation formula can fully consider the stress amplification effect of thin plate structure, and can be used to quickly evaluate the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints.     

等效热点应力法结合临界面法评估焊接接头多轴疲劳强度研究

基于焊缝本身引起的非线性分布应力自平衡的性质,在板厚方向应力峰值零点位置定义等效热点应力,结合基于临界面法的MWCM法建立评估复杂焊接接头多轴疲劳强度的方法。采用数值计算分析零点位置的变化规律,建立零点位置拟合方程。利用公开发表的试验数据以及现有的热点应力法有限元计算结果对等效热点应力法进行精度验证。结果表明,等效热点应力法和现有的热点应力法具有很好的一致性,能在一定程度上考虑厚度效应对疲劳强度的影响,可以评估多轴疲劳强度。     

Modeling and analysis of thin-walled Al/steel explosion welded transition joints for shipbuilding applications

The study presents an analysis of S355J2+N steel and AA5083 aluminum alloy welded structural joints using explosion welded transition joints of reduced thickness. The transition joint thickness reduction significantly hinders the welding of the joints due to the risk of damage to the Al/steel interface as a result of the high temperatures during welding. Numerical modeling of the welding process is performed to determine safe welding parameters for the transition joint. The numerical analysis is supported by measurements of the temperature areas by a thermographic method. Welded structural joints are analyzed to determine the welding influence on the mechanical properties and microstructure of the transition joints. On this basis, a number of tests are carried out, including microhardness distribution measurements, strength tests of joints in two welding configurations and strength tests of the microspecimens of transition joints. Moreover, an experimental and numerical analysis of strain and stress distributions is carried out in combination with the use of the finite element method and digital image correlation, which allow us to identify the critical areas of the joints with regards to their strength. The results of the microstructural and strength tests carried out using macro- and microspecimens show softening of the aluminum alloy layers. However, the AA5083 and AA1050 layer softening as a result of welding did not reduce the load capacity of the transition joints, which could determine the strength of the dissimilar Al/steel welded structural joints.     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用,容易发生疲劳破坏。为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性,文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点,提出了一种新的管节点结构应力计算方法。通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较,证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。基于数值计算,文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式,并对参数公式的精度进行了验证。     

典型船舶焊接接头应力集中系数有限元分析

利用MSC/Patran and MSC/Nastran对焊接中常见的对接接头焊趾处的应力集中系数进行有限元建模和计算,在分析有限元计算结果的基础上,提出比较完整的估算焊接接头应力集中系数公式。     

低强匹配焊接接头匹配特性研究

焊接接头的屈服强度匹配方式对接头的设计、制造工艺、裂纹敏感性以及破坏行为有重要影响,焊缝金属、母材、焊接接头强度以及焊接接头强度匹配系数的分布是焊接结构强度、寿命和可靠性计算的基础.文章介绍了对12Ni3CrMoV钢焊接接头屈服强度匹配系数的分布进行的研究,并给出了分析结果.作者认为控制母材和焊缝金属的屈服强度分布的标准差,是降低失配概率的主要途径.     

超声冲击改善焊接接头残余应力的研究

超声冲击处理是一种改善焊接接头残余应力的新方法.本文对该方法所用的超声冲击处理装置进行了研究,研制成功具有频率自动跟踪和输出功率自动调节功能的超声冲击处理装置.利用该设备,进行了Q235,HG70钢超声冲击处理效果的验证性试验.初步试验结果表明：超声冲击处理装置的设计满足实际工作需要,该方法能够有效地改善焊接接头的残余应力.     

打磨处理改善焊缝疲劳性能的试验研究

由于高强度钢的使用，船舶结构许用应力水平的提高，船舶结构的疲劳强度越来越受到关注。船舶结构的疲劳寿命取决于其焊接结构的疲劳寿命。因此，了解焊缝几何参数对焊件疲劳强度的影响以及采用经济实用的方法改善船舶结构的疲劳性能是十分重要的。本文首先对焊缝几何参数对焊件疲劳寿命的影响进行了分析，在此基础上用ABS钢和945钢两种钢板做试件，分别进行了简单拉伸实验及打磨和未打磨条件下对接接头的疲劳试验。试验结果表明焊件的疲劳寿命可以通过打磨焊缝得到改善；尤其对于高强度钢焊件。试验还说明手工打磨焊缝和机械磨削焊缝对焊件疲劳强度的改善效果差别很大，疲劳寿命的分散性也很大。因此，应当对改善焊件疲劳寿命的工艺进行更详细的研究。