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1、·10·焊接 2004(5)试验研究焊接的疲劳应力分析①湖南株洲时代新材料科技股份有限公司技术中心(412007)贺才春中国南方航空动力机械公司(株洲市 412002)傅 伟 摘要 分析了焊接件的疲劳特性,介绍了疲劳特性的计算方法,着重探讨了几何应力方法。介绍了几种典型模型的网格单元选择原则及模型建立方法,并相应地介绍了几种焊接件结构热应力的计算方法及其适用场合。关键词: 焊接件 几何应力 网格单元 有限元模型ANALYSISOFFATIGUESTRESSFORWELDEDJOINTSANDCOMPONENTSZhuzhouTim
2、esNewMaterialTechnologyCo.LtdHeCaichunChinaNationalSouthAeroengineCompanyFuWeiAbstractInthispaper,thefatiguecharacteristicsofweldedjointsandcomponentsareanalyzed,andthecalculationmeth2odsofthefatiguecharacteristicareintroduced,especiallythemethodofgeometricalstressisdi
3、scussed.Thereforethispaperintro2ducesthecriteriononchoosingtheelementsofseveraltypicalmodelsandthewayforestablishingtheFEmodels,atthesametime,andcorrespondinglyintroducesseveralmethodsforcalculatingthestructuralstressoftheweldcomponentandthecorre2spondingcasesthatthese
4、methodsareapplied.Keywords:weldedcomponents,geometricalstress,networkcell,FEmodels的几何应力值,考虑焊接件上应力梯度上的两个值:第0 前 言一个是距离焊缝脚线d1=0.4T处的应力值,T代表焊疲劳特性是机械焊接件的结构设计研究中的主要接板的厚度;第二个是距离焊缝脚线d2=1T处的应力研究项目之一。目前研究计算疲劳特性的方法有好几值。通过外推法得到焊接处的几何应力。种,每种方法都有其优缺点。本文着重介绍了其中的1 几何应力方法几何应力方法,该方法是常用
5、的用于研究焊接组合件的疲劳特性的方法,此方法中的几何应力值被认为是几何应力的方法是焊接结构尺寸相对于焊缝脚线焊接组合件中确定焊缝疲劳尺寸的应力值。几何应力的疲劳裂纹起始线的多种方法之一。确定焊接疲劳尺方法是为了在考虑焊接几何形状对焊接组合件的应力寸包括确定加载轨迹及焊接连接处发生裂纹的时间,这分布产生影响的情况下减少S-N曲线数,它是热点计涉及到预估焊接寿命。算方法之一。几何应力方法有两个优点:其一是所有1.1几何应力的确定的组合件只有唯一的应力曲线;其二是它包含了焊接几何应力等于焊缝脚线处金属体的最大主应力。质量因数。几何应力方法
6、的缺点是几何应力强烈地依通常,几何应力是通过有限元方法计算得出的应力值或赖于应力测量或有限元计算的外推法,它只能由应力试验测量应力值外推获得。为了确定几何应力σG,现测量值或有限元计算值外推获得。为了确定焊缝脚线有规范推荐考虑两点(图1a):第一点位于L1=0.4T的①国家留学基金资助项目(20519105)©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.焊接 2004(5)·11·距离,第二点位于L2=1T(L2max=L1+T)的距离,可其中:①焊缝脚
7、线处的真实应力σR(图2)取决于焊接见这些距离只依赖于焊接特性参数———零件厚度。的整体几何形状,但同时也与焊缝线的形状(连接曲率半径、连接角等)有关,这种应力很难通过试验或通过计算确定;②超过焊缝脚线一定的距离,则名义应力σ2、几何应力σG和真实应力σR的差值很小,一般这个距离(A0A2)的允许值为1.4T;③名义应力的定义为在不考虑焊接外形引起的几何不连续的影响的情况下,通过简单的弹性理论计算的最大名义应力。可由以下关系式计算得到:FiMtiσn=+-1(2)SI·V式中:Fi———力;Mti———弯矩;S———面积;I———截
8、面惯量与轴的中截面惯量之比值;V———中心线距离与中平面距离之比值。通过有限元方法计算的应力σMEF与名义应力σn(梁)存在以下关系:σMEF=Kt·σn(梁)(3)图1 几何应力的确定式中:Kt为应力集中系数。外推法的位置对应于不同
