惯性载荷作用下结构应力法焊接结构抗疲劳性能研究

基于结构应力法计算了焊缝的等效结构应力和累积损伤比,对这两种焊接形式在惯性载荷作用下的疲劳特性进行了分析.分析了采用名义应力法和等效结构应力法对有限元网格尺寸的敏感性,验证了采用等效结构应力法对网格尺寸不敏感;分析了焊缝类型、承载方向及焊接板厚度对结构疲劳寿命的影响.结果表明,当载荷方向垂直于焊线且垂直板所在平面时,焊缝的寿命最低,且对接焊缝比角焊缝更易发生破坏;在三个方向惯性载荷共同作用下,角焊缝的疲劳寿命要比对接焊缝疲劳寿命长;在保证焊趾两侧刚度协调的前提下,同时增加两个焊接板件厚度可以提高焊缝的疲劳寿命,只增加或者减少一个板件厚度,都会导致焊缝疲劳寿命降低,尤其是角焊缝.     

矩形管接头疲劳失效位置预测及应力因子分析

为解决复杂焊接接头的抗疲劳设计,依据BS7608标准中的名义应力法和ASME标准中的结构应力法及BS EN15085-3标准中的焊接结构疲劳设计要求,研究矩形管接头的疲劳问题.首先,研究标准中的疲劳寿命预测方法以及涉及的名义应力与结构应力的区别与联系;接着,利用某矩形管接头的有限元分析模型,研究沿接头焊缝应力的分布规律及影响因素,结果表明:与最大主应力和Von. Mises应力分布规律不同,矩形管接头沿焊缝结构应力最大值发生在焊缝拐角焊趾处,与其疲劳试验中接头失效位置一致;位于焊趾表面的、具有高应力梯度变化的区域内名义应力对单元尺寸表现出强的敏感性,而在能够表示焊缝轮廓的模型中描述整个断裂截面的结构应力则对单元尺寸变化不敏感.最后,基于名义应力法和结构应力法对矩形管接头焊缝进行应力因子分析,结果表明:管接头失效位置的应力因子最大值大于0.90,应力等级为高.     

横隔板弧形缺口疲劳性能试验研究

为研究正交异性钢桥面板横隔板弧形缺口易损细节的受力特性和疲劳性能,根据某钢箱梁尺寸制作了单U肋足尺模型,进行了120 kN荷载幅的疲劳试验,并分别采用热点应力法和名义应力法评估了弧形缺口焊接细节及非焊接细节的疲劳寿命.试验结果表明,足尺模型两个弧形缺口焊缝端部位于U肋腹板上的焊趾处分别在经历31.7万次和58.3万次的加载后出现裂纹,焊接质量是两处细节疲劳性能差异显著的原因;100万次加载后未见其他新裂纹出现.基于IIW推荐的FAT90级和F100级两条热点应力S-N曲线对焊缝端部细节进行寿命评估时,位于U肋腹板上细节的疲劳寿命分别是35.2万次和48.8万次,位于横隔板母材上细节的疲劳寿命分别是161.9万次和224.0万次;基于Eurocode 3中的71级名义应力S-N曲线评估的弧形缺口自由边细节的疲劳寿命是302.2万次.研究结果表明,弧形缺口焊缝端部位于U肋腹板上细节最易出现疲劳裂纹,实际工程中应重点关注;推荐采用IIW中的FAT90级热点应力S-N曲线对该细节疲劳寿命进行评估.     

基于等效结构应力的不锈钢车体点焊接头疲劳寿命预测

采用等效结构应力法研究不锈钢车体点焊接头疲劳寿命.首先,在研究点焊接头的失效模式、结构应力计算方法的基础上,归纳总结了基于等效结构应力法进行点焊接头疲劳寿命预测的技术路线;其次,建立某不锈钢车体包括点焊接头在内的有限元模型,依据EN12663-1∶2010标准中提供的车体疲劳载荷谱,分析了主横梁与底架边梁区域的点焊接头结构应力分布规律,并对这些焊点进行了寿命预测;最后,采用改变焊点数量和布置及增加板厚的方式,使点焊接头疲劳寿命提高了3.87E+06.     

基于结构应力法的焊接构架应力状态研究

采用结构应力法研究焊接构架焊接接头的应力状态.首先,结合结构应力法和BS EN15085-3:2007标准,提出焊接接头应力因数的计算方法,并归纳总结出确定焊接构架焊接接头应力状态等级的技术路线;其次,建立了包括焊缝在内的某焊接构架有限元模型,依据疲劳试验大纲中提供的疲劳载荷谱,分析了构架焊缝的结构应力分布特点,并利用结构应力法的98%可靠度-2σ的S-N曲线,对焊缝进行疲劳寿命预测,构架评估焊缝的总损伤均小于1,满足疲劳寿命设计要求;接着,基于构架评估焊缝的等效结构应力计算焊缝的应力因数,应力因数的最大值为0.79;最后,由应力因数的值,确定构架支撑座附近焊缝的应力状态等级为中.     

焊接接头疲劳寿命评估中板厚参数的影响分析

针对焊接接头板厚参数对其疲劳寿命的影响问题,分别采用IIW2008、BS7608等疲劳评估标准以及ASME标准进行对比性计算与分析.选用焊接部件中典型的十字型接头,材料分别选用铝材和钢材两种主流的金属材料,并采用名义应力法及结构应力法等方法计算不同厚度下的铝材及钢材焊接接头的疲劳损伤.计算结果表明:当焊接结构的载荷方向明确且厚度在20~30 mm之间的情况下,使用IIW 2008标准评估疲劳更为合理;当焊接结构复杂或是焊接板很厚或很薄的情况下,建议使用Verity方法评估疲劳寿命.     

基于英国标准的碳钢客车车体 结构疲劳寿命评估

利用英国标准和有限元分析技术,研究设计阶段碳钢客车车体焊接结构的疲劳寿命预测问题.归纳与总结BS7608:2014和BS EN-1993-1-9:2005标准中钢结构焊接接头S-N曲线的特点;在分析某碳钢客车车体焊接结构与承载特点的基础上,建立车体有限元分析模型;在EN 12663-1:2010标准中的疲劳载荷作用下,分别利用上述两个标准提供的基于名义应力标定的疲劳性能参数,以及评估部位数值分析结果的主应力方向,对车体结构进行疲劳寿命评估;基于BS标准的车体评估部位的累积损伤值均大于基于EN标准的,并且两标准的最大累积损伤均小于1;由于应力拾取位置对车体累积损伤值有很大影响,建议尽可能细化含有焊接接头的应力集中区域的单元,以便拾取到应力梯度近似为零的名义应力.     

焊接残余应力对动车组铝合金车体疲劳强度的影响

采用热-弹塑性法和固有应变法计算了动车组铝合金车体对接接头的残余应力, 并进行了对比, 以验证采用固有应变法计算残余应力的合理性; 建立了车体的板壳有限元模型, 参照标准《铁路应用—铁路车辆车体的结构要求》 (EN 12663), 确定车体服役状态的疲劳载荷工况, 采用惯性释放法计算了车体有无残余应力的疲劳强度; 根据最大主应力原则, 将车体多轴应力转化为单轴应力, 得到焊缝和母材关注点的平均应力和应力幅值; 结合铝合金车体材料性能参数绘制了Goodman疲劳曲线, 计算了每个关注点的可靠性安全系数, 分析了残余应力对车体疲劳强度的影响。分析结果表明: 焊接残余应力对母材关注点影响不大, 其可靠性安全系数降幅小于5%;焊缝关注点的平均应力增加量可达25 MPa, 其可靠性安全系数降幅超过50%, 最大为54%, 使得车体容易疲劳失效; 残余应力对焊缝关注点最大主应力的方向有明显的改变。      

基于等效结构应力法的制动梁疲劳寿命预测

焊接疲劳直接影响车辆行车安全,为评估外转39型转向架焊接制动梁的结构强度性能,运用有限元法对其进行了静强度分析,运用等效结构应力法对其焊接结构进行了疲劳寿命预测.并且对全尺寸实物进行了静载荷试验和疲劳试验,计算结果与试验结果基本一致,研究结果表明:外转39型制动梁强度设计满足相关标准要求;等效结构应力法具有工程应用推广价值.     

大轴重矿石车车体焊缝疲劳寿命分析

为研究重载货车车体焊缝疲劳寿命,以某大轴重矿石车车体为研究对象,在AAR标准静态载荷的作用下,对货车车体进行静强度分析与评价;在此模型的基础上,依据车体焊接工艺图,创建包括焊缝在内的矿石车车体疲劳寿命分析模型;在AAR标准动态载荷的作用下,应用等效结构应力法研究车体关切焊缝的结构应力分布规律以及疲劳寿命,并对寿命薄弱部位结构进行改进,改进后焊缝寿命明显提高．     

跨座式双轴宽轮距转向架构架焊缝参数敏感性分析

为克服整体法进行焊接结构强度设计时造成的母材强度过剩,焊缝强度不足的问题,建立了包括焊缝在内的新型双轴宽轮距转向架构架的有限元模型,采用Hyperworks中的Optistruct模块进行静强度分析,在动力学软件Adams中建立包括转向架在内的整车动力学仿真模型,根据实际运营情况仿真得到用于疲劳计算的各关键点的时间载荷历程。考虑缺口应力和应力修正对焊缝的影响,对焊缝进行疲劳损伤分析,并对关键焊缝参数进行了敏感性分析,从分析结果可以看出焊接熔深和焊接厚度对于焊缝的疲劳损伤的影响是决定性的,焊缝的倾斜角度的影响力几乎为零,缺口尺寸对焊缝疲劳损伤的影响也尤为关键。     

基于IIW标准的轨道车辆焊接结构疲劳预测系统的设计与实现

介绍了基于IIW标准的轨道车辆焊接结构疲劳预测系统的理论基础与算法,即迈纳尔累积疲劳损伤理论和基于IIW标准的各级疲劳损伤比的计算方法;结合焊接接头的分类方法与应力谱计算,阐述了系统的主要功能与实现策略;最后结合具体的工程实例,给出了系统的一个算例.该系统可为轨道车辆焊接结构疲劳设计、评估,以及面向疲劳的工艺改进提供有效、快捷的技术支持.     

正交异性钢桥面板焊接接头疲劳评估方法

传统正交异性钢桥面板疲劳性能评价方法评估精度不足,为准确评估其焊接接头的疲劳性能,基于线性累积损伤理论,探讨了结构应力法、切口应力法用于正交异性钢桥面板焊缝疲劳性能评估的可行性和准确性.以典型正交异性钢桥面板为研究对象,采用足尺模型试验和仿真分析,并结合已有试验数据对上述评估方法进行验证.研究结果表明:与结构应力法相比,采用切口应力法或传统名义应力法评价正交异性钢桥面板的疲劳性能时,评价结果的离散性大;采用结构应力法(离散度为3倍标准差的主S-N曲线时)更准确,适用于正交异性钢桥面板焊接接头疲劳性能评估.      

基于ⅡW标准的轨道车辆焊接结构疲劳预测系统的设计与实现

介绍了基于ⅡW标准的轨道车辆焊接结构疲劳预测系统的理论基础与算法,即迈纳尔累积疲劳损伤理论和基于ⅡW标准的各级疲劳损伤比的计算方法;结合焊接接头的分类方法与应力谱计算,阐述了系统的主要功能与实现策略;最后结合具体的工程实例,给出了系统的一个算例.该系统可为轨道车辆焊接结构疲劳设计、评估,以及面向疲劳的工艺改进提供有效、...     

基于精细算法的焊接结构疲劳寿命预测方法研究

针对现有随机振动疲劳分析方法的局限性,在随机振动精细分析方法的基础上引入等效结构应力新方法来研究随机振动疲劳寿命问题.以随机振动的虚拟激励法结合分体耦合式振型分解法为基础的求解方法大幅提高了随机振动分析的计算效率,不必将计算模型大幅简化,保证了有限元模型的完整性.等效结构应力疲劳评估新方法是一种相对准确的计算焊接结构焊缝处疲劳寿命的方法,可有效解决现有分析方法的不足.通过建立某平车包括走行部结构在内的车辆整体结构动力学精细有限元模型,以轨道不平顺谱作为输入激励载荷进行随机振动计算,结合主S-N疲劳曲线法完成疲劳寿命评估,以工程实例证明该方法的可行性.     

模拟轮载作用下钢桥面板RD节点疲劳寿命计算方法对比分析

为深入研究RD(rib-deck)节点的疲劳性能，通过模拟车轮荷载对RD节点实施中心加载，得到了相应热点应力幅下的节点疲劳寿命。采用ABAQUS建立了钢桥面板RD节点的三维实体有限元模型，在有效数值模型的基础上，分别采用热点应力法和临界距离理论对RD节点的疲劳寿命进行了对比分析。研究结果表明：同一精度网格下采用两点外推法和三点外推法得到的热点应力结果比较接近，而采用临界距离理论的点法得到的特征应力则小于线法得到的特征应力；采用国际焊接协会（IIW）推荐的FAT 90曲线得到的评估结果过于保守，而FAT 125曲线的预测结果相对接近试验值。临界距离理论相比热点应力法能得到更准确的预测结果，其中点法和线法得到的预测值与试验值分别相差17%、32%；总体而言，热点应力法和临界距离理论均能得到相对保守的疲劳寿命预测结果，两种方法用于钢桥面板典型焊接节点的疲劳性能评估是可行且偏于安全的，但点法的预测精度更高，且实际应用中也较为便捷。     

基于修正Neuber方程的沥青路面裂缝形成疲劳寿命预估方法

为预估沥青路面裂缝形成疲劳寿命,根据局部应力-应变理论,通过直接拉伸疲劳试验,建立了沥青混合料的真实应力-应变循环曲线,运用Neuber方程将名义应力、应变转换为局部应力、应变,对循环曲线和Neuber方程进行修正,以符合平面应变问题。通过等应变疲劳试验,建立了沥青混合料的疲劳寿命方程,提出了沥青路面裂缝形成寿命预估方法。根据应变疲劳寿命曲线可合理计算沥青混合料疲劳损伤,由累积损伤可求得沥青路面裂缝形成疲劳寿命。     

基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳验算

为了解决正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题,提出将热点应力法应用于其疲劳验算.该方法采用ANSYS子模型模块,通过国际焊接协会的线性外推方法,计算获得验算部位的热点应力.基于热点应力法给出正交异性钢桥面板的疲劳验算流程,对验算涉及的问题结合甬江桥实例进行了探讨.研究结果表明:与名义应力法相比,热点应力法可以反应正交异性钢桥面板疲劳开裂的实质;利用热点应力法对甬江桥正交异性钢桥面板加劲肋与横隔板连接部位的加劲肋进行疲劳验算,得出该构造细节的疲劳寿命为73 a.      

基于二次开发与ⅡW标准的焊接结构疲劳损伤预测

讨论了焊接结构疲劳寿命预测的的两个必要条件、基本内容和方法.基于铁路工厂广泛使用的有限元分析软件的二次开发功能及编程工具,将国际上著名的焊接结构疲劳评估标准的相关内容,以数据库的形式,嵌入有限元分析软件,与应力文件集成,成功地扩展了原有软件的功能.最后以某客车转向架焊接构架为例,验证了该模块.     

基于二次开发与IIW标准的焊接结构疲劳损伤预测

讨论了焊接结构疲劳寿命预测的的两个必要条件、基本内容和方法.基于铁路工厂广泛使用的有限元分析软件的二次开发功能及编程工具,将国际上著名的焊接结构疲劳评估标准的相关内容,以数据库的形式,嵌入有限元分析软件,与应力文件集成,成功地扩展了原有软件的功能.最后以某客车转向架焊接构架为例,验证了该模块.