相关焊接结构疲劳强度和疲劳寿命研究现状及展望

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳专题综述焊接结构疲劳强度和疲劳寿命研究现状及展望南京铁道职业技术学院动力工程学~(210031)吴海超方海容何忠韬摘要焊接广泛应用于压力容器、车辆等工程结构中，是机械结构重要的连接方式，基于应力的疲劳特性分析是其中的重要问题。综述目前国内外焊接接头疲劳强度理论研究现状，总结和对比各种焊接接头疲劳寿命评价方法优缺点及适用范围，为工程实际应用中分析焊接结构的疲劳寿命及安全性评估提供参考。指出基于应变的结构疲劳寿命预测是未来研究重点。关键词：压力容器焊接接头结构疲劳应力分析中图分类

2、号：TG405及焊材的熔化、凝固过程使焊接接头部位的材料具有0前言多相性、力学性能不均匀性；②焊接工艺的复杂性焊缝压力容器焊接结构应用广泛，在服役过程中承受的夹杂、气孔、咬边、未焊透、小裂纹等焊接缺陷；③焊着不同形式的交变载荷，焊接接头部位容易在低应力缝几何形状不统一及焊趾部位应力集中；④残余应力区发生疲劳断裂，导致整个结构失效。评定焊接结构及焊接变形。疲劳可靠性、预测焊接结构服役寿命、优化焊接接头设近几十年来各国学者对焊接结构强度及疲劳特定计以减轻疲劳断裂危害等成为研究焊接结构的重要课进行了大量的研究。从接头疲劳

3、试验、疲劳理论、数值题。文中就基于应力的焊接接头结构疲劳寿命研究的模拟等方面，利用弹塑性理论、板壳理论、断裂力学、材国内外现状进行总结分析及展望。料本构等力学知识，结合有限元方法、边界元方法、无疲劳是指金属材料或结构在循环载荷作用下发生网格法等数值计算方法，总结了大量的焊接接头的疲不可逆的性能变化(特指开裂)，疲劳损伤的形成发展劳特性数据，发展了名义应力法、结构应力法、热点应大致分为以下几个阶段：力法、缺口应力法和基于断裂力学评定方法等各种安(1)显微结构发生变化，损伤成核发展为微裂纹。全评定和服役寿命估算方法。根

4、据单晶材料的大量研究，在循环应变的最初几个循焊接结构疲劳的研究方法主要有基于应力的结构环，微观组织就已观察到主滑移面上的累积位错。由应力法、热点应力法和基于应变的缺口应变法，这些研于正向加载的位错积聚产生的应变硬化使反向加载的究方法依据不同的参数对焊接结构的疲劳寿命进行描滑移不可逆，一个应变循环即产生了微观侵痕。述。(2)微裂纹长大合并，形成主导裂纹。当微裂纹长1基于应力的结构应力法度与晶格尺寸相当时，由于微观材料性能各向异性，微裂纹存在不均匀的应力场并在裂纹尖端应力集中，更1．1名义应力法多的滑移带被激活。各微裂

5、纹扩展方向偏折合并形成传统疲劳设计方法核心通常是名义应力评定，这稳态扩展的主裂纹。也是大多数疲劳设计规范所规定的基本方法。但名义(3)主导裂纹历经稳态、非稳态扩展，结构最终失应力方法并没有考虑焊缝周围的应力集中现象。后来稳失去承载能力。通过深入研究逐渐认识到焊缝周围的应力集中是引起疲劳现象是一种复杂的材料行为，至今对其机理焊接接头疲劳破坏的最主要因素，根据对不同的应力也没有完全认识清楚。焊接接头疲劳问题的复杂性主集中因素考虑的不同级别，进行焊接接头无限寿命设要由以下几点带来的：①HAZ(热影响区)金相学变化计和安全

6、评定时，可由简单工程计算或试验方法得出各载荷工况下结构各部分的名义应力，然后与许用名义应力作比较。收稿日期：2014—01—19基金项目：国家自然科学基金资助项目(51105205)无限寿命设计都要进行关于疲劳极限的安全评262014年第7期学兔兔www.xuetutu.com专题综述r缛掳定。材料修正的Goodman疲劳极限图经存活率和置信据影响因素不同，分为局部(焊趾)细节主导应力集中度修正、安全系数修正、剪切修正、焊接形式修正后得和全局力流偏转主导应力集中两类。]。S。概念的到焊接接头的Goodman疲劳极限

7、图。计算或实测危险引入和区分应力集中类型为建立完整的基于主S一Ⅳ点名义应力幅全部落入疲劳极限图包络线以内时，可曲线的安全评定及寿命评估奠定了基础。求解过程与判定此焊接结构在时间J7v内不会发生疲劳破坏。有限TTwT计算方法类似，不考虑焊趾部位的横向剪应力。疲劳寿命设计首先需确定关于恒幅载荷作用下的有限并根据焊趾位置应力是否线性分布分别给出求解上下寿命疲劳强度，在．Ⅳ曲线基础上按照Miner定律进行焊趾对应的自平衡结构应力公式。损伤计算并完成寿命评估。Dong还研究了焊趾部位含有一定深度裂纹的自平焊接接头承受多轴应力

8、状态时，如应力分量同相，衡应力求解方法。虽然自平衡结构应力可以由单元尺可基于传统假定(Von．Mises等效应力或Tresca等效应寸无关的有限元方法计算得出，但认为自平衡结构应力)使用名义应力法进行安全评定和寿命预测；若应力力与加载方式密切相关。分量不同相，将严重降低焊接接头的疲劳强度。多轴Huther研究了各类接头在承受水平拉力作用下的非比例加载也是研究