介绍不同外推法及网格精度对焊接接头疲劳寿命计算结果的影响

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1、第49卷第5期化工设备与管道、，o1．49NO．52012年10月PROCESSEQUIPMENT&PIPING0ct．2012·压力容器·不同外推法及网格精度对焊接接头疲劳寿命计算结果的影响李艳明，范斌(1．中石化上海工程有限公司，上海200120；2．上海妍杰机械工程有限公司，上海201413)摘要：针对EN13445中使用外推法估算焊趾处的结构应力，探讨不同的外推法、不同的网格精度以及不同的表面应力取法对疲劳寿命计算结果的影响，对工程上压力容器焊接接头处的疲劳寿命计算具有参考意义。关键词：外推法；网格精度；疲劳寿命中图分类号：TQ050I2；TH123

2、文献标识码：A文章编号：1009—3281(2012)05—001卜04压力容器发生疲劳破坏的部位通常在焊接接头处。焊趾处的结构应力又称为热点应力[1]。近年来，随着有限元法的发展，一种针对钢结构焊趾疲劳的局部分析法——热点应力法，首先在海上结构中得到应用皿】。其中，基于表面外推的热点应力法研究最早，应用也最广。欧盟非直接受火压力容器标准EN13445_3采用这一方法进行焊趾处的疲劳分析。图1热点应力表面线性外推法示意焊趾处的应力集中主要分为整体结构及接头几何不连续导致的结构应力集中和焊趾本身的缺口引起的缺口应力集中[4】。热点应力外推法的目的就是将焊趾处的

3、应力从缺口应力中分离出来。热点应力外推法的原理是避开焊趾缺口处的非线性峰值应力区，通过与热点足够距离的点的应力，使用表面线性或二次外推公式来确定焊趾处的热点应力，原理如图1与图2所示。图2热点应力表面二次外推法示意表面线性以及二次外推计算公式分别为：(1)一一x2)()+x,x3x—x3)()+XlX2X-x1)cr。()s一——一(2)式中crh一焊趾处热点应力；．．收稿日期：2012—07—301、X2、X3——分别为外推点1，2，3至0焊足止作者简介：李艳明(1968一)，男，上海市人，高级工程师。长间的距离；期从事压力容器设计工作。2012年10月李

4、艳明，等．不同外推法及网格精度对焊接接头疲劳寿命计算结果的影响第3种外推法计算结果相对偏小。EN13445中规定当网格精度小于0．2f、弯曲应力较大时，应采用三点二次外推，就本章计算结果来看，前两种外推法似无区别。(3)对于同一外推方法而言，网格精度的确是以0．2为界限。低于0．2f时，计算结果差异在3％以内；一旦大于0．2f，外推的结构应力趋于增大。结合疲劳寿命计算结果来看，说明精密的网格导致更精确图5试样1采用不同外推法和网格精度计算得的结构应力，与实际结果更接近。而粗网格将导致结的结构应力构应力偏大，使计算疲劳寿命更保守。(4)取3个方向的应力与直接采

5、用第一主应力外推的差异也很小，保持在5％以内，说明表面应力的取法对计算结果影响不大。3结论综合以上分析，以及从计算工作量的角度考虑，建议对疲劳寿命的计算采用0．4f，1．0f二点线性外推法，网格精度取0．2f，表面应力取第一主应力。参考文献图6试样2采用不同外推法和网格精度计算得的结构应力[1】周张义，李芾．基于表面外推的热点应力法平板焊趾疲劳分析研究[J]_铁道学报，2009，31(5)：90—96．[2]VanWingerdeAM，PackerJAWardenierJ．CriteriafortheFatigueAssessmentofHollowStru

6、cturalSectionConnection[J]．JournalofConstructionalSteelResearch，1995，35(1)：71-1l5．[3]EN13445：2009，UnfiredPressureVessels，EuropeanCommitteeforStandardization[S]．[4]Frickew．RecommendedHotSpotAnalysisProcedureforStructuralDetailsofFPSO’SandShipsBasedonRound—robinFEAnalyses[J]．Internat

7、ionalJournalofOffshoreandPolarEngineering，2002，12(1)：40—47．[5]HobbaeherAF．FatigueDesignofWeldedJointsand图7试样3采用不同外推法和网格精度计算得Components[M]．Cambridge，AbingtonPublishing，1996：6—28．的结构应力[6】NiemiE．StressDeterminationforFatigueAnalysisofWeldedComponents[J]．Cambridge，AbingtonPublishing，19

8、95．由以上图可以看出：[7]NiemiE，Tans