解析t形焊接接头根部裂纹应力强度因子研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第49卷第2期机械工程学报v01．49No．22013年1月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan．2013DoI：1O．3901，JME．2013．O2．087T形焊接接头根部裂纹应力强度因子研究宋占勋2方少轩谢基龙2(1．北京市轨道交通建设管理有限公司北京100037；2．北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044)摘要：建立T形焊接接头根部裂纹的半椭圆裂纹模型，定义裂纹模型的构形参数以及边界条件，分析裂纹尖端的应力强度因子。采用奇异单元法，通过有限元计算，模拟裂纹尖端的应力奇异性。并通过收敛性

2、检验确定裂纹尖端的单元尺寸。在此基础上，计算裂纹尖端量纲一应力强度因子，并分析其受几何参数影响的变化规律。计算结果表明，对于给定的载荷条件下，不同初始裂纹尺寸时，裂纹尖端的应力强度因子存在一定的规律性，且不同几何参数对应力强度因子的影响程度存在一定差异，因此，对焊接结构疲劳强度研究时需要有一定的侧重点。采用多重线性回归方法拟合仿真计算结果，这些结果为进一步研究T形焊接接头根部裂纹扩展和疲劳寿命预测提供参考。关键词：T形焊接接头焊根应力强度因子中图分类号：U270ResearchonStressIntensityFactorsforWeldRootCrackofT-but

3、tJointsSONGZhanxun·2FANGShaoxuanXIEJilong(1．BeijingMTRConstructionAdministrationCorporation，Beijing100037；2．SchoolofMechanicalandElectronicControlEngineering，BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044)Abstract：Stressintensityfactors(SIFs)forweldrootcrackofT-buttjointsareresearched．Semi-elli

4、psecrackmodelsforweldrootofT-buttjointsarebuiltwithfinitemode1．Geometricparametersandboundaryconditionsareestablishedaccordingtofinitemode1．Singularelementmethodisusedtosimulatestresssingularityofcracktipwithfiniteelementcalculation．Elementsizeofcracktipisobtainedbyconvergenceexperiment．

5、Calculationresultsshowthat，SIFsofcracktiphaveregularityfordiferentinitialcracksizeundersameload，andtheimportanceofdiferentgeometricparametersafectSIFisdiferent．Therefore，somegeome~cparametersmustbefocusedonfatigueresearchforweldrootofT-buttjoint．Thesimulationresultsarefitedbymultipleline

6、arregressionmethod．Theseresultscouldprovideavaluablereferenceforfurtherresearchofcrackpropagationandfatiguelifeprediction．Keywords：T-buttjointsWeldrootStressintensityfactor法、热点应力法、缺口应力法与断裂力学法。0前言KIRKHOPE等J研究了焊接结构的细节部位对疲劳强度的影响，WOLFGANG等tsq2]对焊接接头的疲T形焊接接头为金属焊接结构中常常采用的一劳强度进行研究，IIKKAt]~J建立了一

7、种焊接结构疲种连接形式，如海洋平台、高速重载列车等金属结劳强度评价方法，文献[14—15]采用数值仿真模拟的构中存在较多的T形焊接接头。由于T形焊接接头手段对焊接结构的疲劳强度进行研究。的结构形式，疲劳失效往往发生在应力集中区域：对于三维T形焊接接头，试验可以提供准确的焊趾和焊根¨J，对于单边焊接的T形焊接接头，疲应力强度因子，但成本太高，因此，常常采用数值劳失效多发生在焊趾与焊根区域；而双边焊接的T估算的方法求解¨J。焊趾和焊根裂纹大多数情况形焊接接头，疲劳失效多发生在焊趾区域【qJ。疲劳下为半椭圆裂纹，因此，DIJKSTRA等[19-