焊接结构文献综述

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1、焊接结构文献综述前言：结构可靠性问题是焊接结构安全使用的关键，而疲劳断裂可靠性又是可靠性问题中最为敏感和突出的部分，多年来国内外学者对此进行了大量有效的研究，取得了丰硕的成果，但近年来概率断裂力学和相应的概率损伤分析技术的成形和发展则对结构疲劳断裂可靠性的研究注入了新的生命力，特别是计算机模拟方法为可靠性分析节约了大量的人力和物力。1.从结构可靠性问题提起固体力学及其相关疲劳断裂力学、实验力学的发展，始终和结构的可靠度问题相联系在一起，它们用于保证设计具有足够的强度、刚度和稳定性，使之不发生静强度、动

2、强度、环境强度、疲劳强度、疲劳断裂等各种形式的破坏，并保证结构不因变形而降低功能或功能失效。早期的强度准则通常是确定性的，它的结论只有“是”、“否”两种，即结构“会发生破坏（失效）”或“不发生破坏（失效）”。给出这种结论的前提条件是结构所受的载荷及工作条件是确定的，对应的材料特性和结构特性也是确定的，然而，实际上某种结构型号的各个具体结构的材料特性、几何形状、尺寸大小加工、装配状况都会有一定的差异，所受载荷与工作条件也不尽相同，因此，这些因素均是不确定性的、随机的。我们要回答的问题应该是“结构在整个使

3、用过程中不发生破坏（失效）的可能性有多大”。这就是结构可靠性问题。定义整个结构不发生破坏（失效）的概率为可靠度，研究结构可靠性的目的就是确定结构的可靠性问题。多年来大量工程经验说明，疲劳断裂就是结构破坏或失效的最重要的形式，因而对结构疲劳断裂可靠性程度的研究已有几十年的历史，而且是近二三十您来固体力学领域最活跃的研究方向之一，也是工程技术发展的重要方向。2.疲劳可靠性理论、结构安全寿命准则由于结构在使用过程中承受的载荷基本上属于随时间变化的交变载荷，而结构不同程度地存在着毛刺、圆角、轴肩等几何不连续部

4、位以及机加工、焊接，热加工工艺等因素造成的应力集中，使得结构主要以疲劳断裂的形式失效。因而疲劳断裂问题是结构失效中最重要的形式，在二十世纪初就开始受到工程界和学术界的重视。2.1机械零件疲劳可靠性理论早期疲劳问题的研究，都是针对机械零件进行，在建立材料S-N

5、曲线与疲劳极限等寿命曲线和影响零件强度的因素基础上，用零件疲劳极限除以对应的安全系数作为疲劳许用应力，以所受交变应力最大值小于疲劳许用应力作为疲劳强度准则，也就是说，当使用这个准则时（或者判据），则认为零件不会发生疲劳破坏。但是，这种简单的方法无

6、法给出机械零件不发生疲劳破坏的概率，不可能进行确切的疲劳可靠性评估。为了解决上述机械零件疲劳可靠性问题，近十年来，国内外学者引入了疲劳载荷（应力）的分布和材料或构件的疲劳强度特性的分布，建立了疲劳强度干涉模型，并由只考虑疲劳应力幅值分布和指定均值下材料疲劳强度幅值分布间的一维干涉模型发展到同时考虑均值与幅值分布的二维疲劳强度干涉模型。如果取疲劳强度为疲劳极限，疲劳干涉理论可确定机械零件不发生疲劳破坏的概率，即元限寿命的可靠度（通常被称为存活率）。2.2现代结构疲劳可靠性理论与结构安全寿命准则上述研究针

7、对的是机械零件，我们可以把它称之为机械零件疲劳可靠性理论。但对大部分工程工程结构而言，像机械零件那样，要求其寿命达到所谓的“无限寿命”，必将导致结构重或尺寸的增加而使其整体性能下降，这显然是不合理的，也是没必要的。因此，现代结构疲劳理论的重点是研究结构达到指定使用时间（寿命）的可靠度（存活率与置信度）和指定可靠度要求所对应的寿命，称之为安全寿命。安全寿命t对应的存活率p的定义是：结构达到使用时间t时不发生疲劳破坏的概率。而置信度r的定义则为：“结构达到使用时间t时不发生疲劳破坏的概率为p”这一事件的概

8、率。用安全寿命达到设计使用寿命作为疲劳可靠性要求的准则，称为安全寿命准则。为了确定安全寿命而发展了材料P-S-N曲线理论、疲劳载荷谱编制技术，疲劳累积损伤理论（如线性累计损伤理论-Miner理论）和计算疲劳寿命的名义应力法、局部应力法和用于连接的应力严重系数法。用结构全尺寸试验确定和验证结构的安全寿命，是结构疲劳可靠性的重要组成部分。结构的安全寿命中的试验寿命除以疲劳分散因数。国内外学者用概率统计理论推倒出的疲劳分布规律公式已被广泛采用。疲劳可靠性理论的研究是将疲劳学与概率统计理论相结合而形成的疲劳应

9、力统计学。由大量试验和应用结果的统计检验表明，疲劳寿命分布可以相当好地用对数正态分布和分布（双参数或三参数）描述，这就构成了疲劳寿命可靠性分析的基本前提。当结构只采用安全寿命准则进行疲劳设计和定寿时，所谓的“寿命”是指总寿命，即结构从开始使用直至疲劳断裂所经历的使用时间。结构的安全性完全靠安全总寿命的可靠度要求所保证。而当引入了损伤容限设计概念后，安全寿命准则由安全总寿命准则转化为安全裂纹形成寿命准则，总寿命转换为裂纹达到可检裂纹尺寸所对应的裂纹形成寿命