焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法
动载焊接结构设计Ⅲ(疲劳强度寿命计算)
****动载焊接结构的设计1、 焊接结构疲劳强度设计的一般原则设计过程可分为以下三个步骤：⑴ 考虑实用性，进行功能设计 根据结构未来的工作情况，合理地提出结构的承载能力、强度、刚度、耐蚀度、使用寿命等比较具体的要求。
考虑安全性，这些要求不能太低；考虑经济性，这些要求也不能过高。
⑵ 进行方案设计 根据上述要求，选择确定结构材料、结构构造形式、传动形式、自动化程度、控制方式、生产制造工艺等综合设计方案，它们互相联系，又互相制约；⑶ 进行具体的施工图设计 绘图前，进行必要的计算，以便确定结构的重要尺寸。
我们要讲的是如何合理选择动载焊接结构、焊接接头的结构形式和怎样进行必要的计算。
设计动载焊接结构必须特别强调两点：① “动载”，对应力集中非常敏感；②焊接接头属于刚性连接形式，对应力集中也比较敏感。
而且“焊接结构”难免有焊接残余应力、变形、焊接缺陷等，存在应力集中现象。
因此，设计动载焊接结构时，必须注意以下几点：⑴ 承受拉伸、弯曲、扭转的构件，截面面积变化时，尽量保持平顺、圆滑的过渡，尽量防止或减小构件截面刚度突然变化，避免造成较大的附加应力和应力集中。
⑵ 对接、角接、丁字、十字接头等，均应优先采用对接焊缝，少用角焊缝； ⑶ 单面搭接接头角焊缝的焊根、焊趾处，既有偏心弯矩的作用，又有严重的应力集中，承受疲劳载荷的能力很低，必须尽量避免采用这种接头形式；⑷ 承受疲劳载荷的角焊缝（未焊透的对焊缝，也看作角焊缝），危险点在应力集中比较严重的焊缝根部或焊趾处。
应采用如下措施：① 开坡口，加大熔深，减小焊缝根部的应力集中；② 将焊趾处加工成圆滑过渡的形状，减小焊趾的应力集中；⑸ 处于拉应力场中的焊趾、焊缝端部或其它严重的应力集中处（如裂纹），应设置缓和槽、孔，以便降低应力集中的影响。
总之，应采取一切措施，排除或减小应力集中的影响。
2、疲劳强度的许用应力设计法我国钢结构标准，原设计规范基本金属及连接的疲劳计算中，采用疲劳许用应力。
抗疲劳断裂的可靠度计算
抗疲劳断裂的可靠度计算抗疲劳断裂是指材料在交替应力下经历了一定次数的载荷后失效的现象。
抗疲劳断裂可靠度计算是衡量材料在交替应力下安全可靠使用的重要指标。
接下来，我将为大家介绍抗疲劳断裂可靠度计算的相关知识。
一、基本概念1.可靠度：指在给定时间内产品能够正常运行的概率。
可靠度可以通过多种方法计算，包括概率论、统计学方法和可靠性工程等。
2.抗疲劳断裂：在材料长期受到交替应力的作用下，到达一定次数后，就会发生疲劳断裂。
3.疲劳寿命：指材料在交替应力作用下能够承受的次数。
4.负荷历程：是指材料在使用过程中受到的不同应力大小及作用时间的历程。
二、计算方法1.应力幅值：材料在疲劳寿命范围内所承受的最大和最小应力之差。
2.Wöhler曲线法：通过实验来确定不同材料在不同应力范围下的疲劳寿命。
这种方法实验成本较高，但是效果比较准确。
3.剩余寿命法：通过时间序列来推算材料的寿命以及现有的寿命。
在材料寿命逼近结束时，将剩余寿命看作为故障发生之前的时间。
4.疲劳极限分布法：通过疲劳试验得到材料在不同应力下的寿命，然后根据寿命分布的概率分布特征，计算出材料在不同应力幅值下的失效率。
三、可靠度分析抗疲劳断裂可靠度分析是在考虑了各种因素的情况下，确定材料能够满足使用要求的概率。
这里所考虑的因素包括材料在使用过程中的应力情况、设计要求、使用环境以及假定的失效模式等。
而确定可靠度的方法主要包括试验法、统计法、均衡方程法等。
其中试验法是比较直观和可靠的方法，但是成本较高；统计法是通过统计学方法来计算可靠度，其成本较低，但是精度有限；而均衡方程法则是通过建立失效模型，来建立各种因素对可靠度的影响模型，然后计算可靠度。
综上所述，抗疲劳断裂可靠度计算是非常重要的一项工作，它可以帮助我们评估材料在设计和使用过程中的安全性，从而减少由于材料失效而导致的损失，并提高生产过程的可靠性。
材料力学之材料疲劳分析算法：断裂力学模型：实验方法与材料疲劳性能测试.Tex.header
材料力学之材料疲劳分析算法：断裂力学模型：实验方法与材料疲劳性能测试1 材料疲劳分析基础1.1 疲劳分析的基本概念疲劳分析是材料力学的一个重要分支，主要研究材料在循环载荷作用下逐渐产生损伤并最终导致断裂的过程。
材料在承受重复或周期性的应力时，即使应力远低于材料的静态强度极限，也可能发生疲劳破坏。
这一现象在工程设计中极为关键，因为许多结构件如桥梁、飞机部件、机械零件等，都可能在使用过程中遭受循环载荷。
1.1.1 原理与内容疲劳分析的基本概念包括：-应力幅：循环应力中最大应力与最小应力之差的一半。
-平均应力：循环应力中最大应力与最小应力的平均值。
-应力比：最小应力与最大应力的比值。
-循环次数：材料承受循环载荷的次数，直到发生疲劳破坏。
-疲劳强度：材料在特定循环次数下不发生疲劳破坏的最大应力。
1.2 疲劳损伤累积理论疲劳损伤累积理论是评估材料在不同载荷循环下累积损伤程度的理论。
其中，最著名的理论是Miner线性损伤累积理论，该理论认为材料的疲劳损伤是线性累积的，即每一次载荷循环对材料的总损伤贡献是相同的。
1.2.1 原理与内容Miner线性损伤累积理论的公式为：D=∑N i N fni=1其中：-D是总损伤度。
-N i是在应力水平i下的循环次数。
-N f是在应力水平i下材料的疲劳寿命。
1.2.2 示例代码假设我们有以下数据：-材料在应力水平100MPa下的疲劳寿命为10000次。
-材料在应力水平200MPa下的疲劳寿命为5000次。
-材料在应力水平300MPa下的疲劳寿命为2000次。
在实际应用中，材料可能在这些应力水平下分别承受了5000次、2000次和1000次循环。
1.3 S-N曲线与疲劳极限S-N曲线是描述材料疲劳性能的重要工具，它表示材料的应力水平与所能承受的循环次数之间的关系。
疲劳极限是指在无限次循环下材料能够承受而不发生疲劳破坏的最大应力。
1.3.1 原理与内容S-N曲线通常通过实验数据绘制，实验中材料样品在不同应力水平下进行循环加载，直到发生疲劳破坏，记录下每个应力水平下的循环次数。
汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范
汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范焊接是汽车制造中常用的连接方式之一，而焊缝的质量对汽车的安全性和可靠性具有重要影响。
焊缝的疲劳寿命计算是评估焊缝结构在长期服役过程中的耐久性能的重要方法之一、本文将介绍汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范。
一、焊缝疲劳寿命计算的背景和意义汽车在使用过程中会受到各种载荷作用，如振动、冲击等。
这些载荷会导致焊缝产生应力集中和应力历程变化，从而对焊缝的疲劳寿命产生影响。
因此，了解焊缝的疲劳寿命对于确保汽车的安全性和可靠性具有重要意义。
而基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范为评估焊缝结构的耐久性能提供了可靠的依据。
二、焊缝疲劳寿命试验方法焊缝疲劳寿命试验是评估焊缝疲劳性能的重要手段。
试验方法一般包括静载试验和疲劳试验。
静载试验用于确定焊缝的屈服强度和抗拉强度等静力学性能；疲劳试验用于模拟实际应力载荷下焊缝的疲劳寿命。
三、焊缝疲劳寿命计算规范的制定焊缝疲劳寿命计算规范的制定需要考虑多个因素，包括焊缝材料的性能、焊接工艺的参数、试验方法的选择等。
根据相关标准和规范，制定焊缝疲劳寿命计算规范需要遵循以下步骤：1.确定焊缝疲劳寿命试验的载荷水平和频率。
这需要根据汽车在实际使用过程中受到的载荷条件进行合理估计。
2.选择焊接材料和焊接工艺，确保试验样品的焊缝质量符合要求。
3.进行疲劳试验，获得焊缝的疲劳寿命数据。
4.对试验数据进行统计分析，得到疲劳寿命的统计参数，如平均寿命、标准差等。
5.根据试验数据和相关的疲劳寿命计算方法，计算焊缝的疲劳寿命。
6.根据实际情况，对计算结果进行修正，得到最终的焊缝疲劳寿命。
四、焊缝疲劳寿命计算规范的应用焊缝疲劳寿命计算规范的应用可以帮助汽车制造商评估焊缝结构的耐久性能，从而选择合适的焊接材料和焊接工艺，提高焊缝的质量和可靠性。
同时，焊缝疲劳寿命计算规范也可以为汽车维修和改装提供指导，确保维修和改装后的焊缝结构满足要求。
综上所述，汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范是评估焊缝结构的耐久性能的重要方法，通过对焊缝进行疲劳寿命试验和计算，可以为汽车制造提供可靠的焊缝质量控制依据，提高汽车的安全性和可靠性。
焊缝疲劳强度应力
焊缝疲劳强度应力焊缝疲劳强度是指焊接结构在交变载荷下，经过多次循环荷载后产生裂纹、破坏的能力。
焊缝疲劳强度是焊接结构设计中的一个关键参数，因为在实际应用中，许多结构都会受到循环荷载的作用。
本文将深入探讨焊缝疲劳强度的概念、影响因素、评估方法以及改进措施等方面。
一、焊缝疲劳强度概述焊缝疲劳强度是指焊接结构在受到交变载荷作用时，经过多次荷载循环后产生裂纹、破坏的能力。
焊缝处于动态加载状态，交变应力会导致焊缝区域的局部应力集中，从而引发疲劳破坏。
焊缝疲劳强度的高低直接影响着结构的安全性和使用寿命。
二、焊缝疲劳强度的影响因素焊接质量：焊接质量是决定焊缝疲劳强度的关键因素之一。
焊接缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等，会导致焊缝局部强度下降，增加疲劳敏感性。
焊接材料：焊接材料的强度和韧性对焊缝疲劳强度有显著影响。
选择合适的焊接材料，满足设计要求，能够提高焊缝的疲劳寿命。
应力水平：高应力水平会加速焊缝疲劳破坏的发生。
在高应力水平下，焊缝疲劳强度降低，导致结构更容易疲劳破坏。
加载频率：高频率的加载会引起焊缝更快的疲劳损伤。
频率较低时，结构对疲劳荷载的影响相对较小。
环境影响：环境因素，如湿度、温度、腐蚀等，也会对焊缝疲劳强度产生一定的影响。
特别是在腐蚀环境下，焊缝易受到应力腐蚀裂纹的影响，导致疲劳破坏。
三、焊缝疲劳强度的评估方法S-N曲线法：S-N曲线是疲劳寿命与应力振幅之间的关系曲线。
通过进行疲劳试验，得到不同应力水平下的循环寿命数据，然后绘制S-N 曲线。
该曲线可以用于评估不同应力水平下的疲劳性能。
极限应力法：极限应力法是通过在一定加载频率下进行疲劳试验，找到导致疲劳破坏的最小应力水平。
这种方法通常用于评估焊缝的静态疲劳极限。
裂纹扩展速率法：通过监测焊缝中裂纹的扩展速率，可以评估疲劳破坏的进展过程。
这种方法对于研究焊缝的疲劳裂纹扩展行为具有重要意义。
四、改进焊缝疲劳强度的措施提高焊接质量：通过优化焊接工艺，防止气孔、夹渣等缺陷的产生，提高焊接质量，从而提高焊缝的疲劳强度。
焊缝系数e-概述说明以及解释
焊缝系数e-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下所示：引言焊接技术在工程领域中扮演着重要的角色。
焊接是将金属材料通过加热或压力连接在一起的一种常用方法，用于制造和修复多种产品和结构。
焊缝是焊接过程中形成的连接区域，其质量将直接影响焊接件的强度和耐久性。
为了描述焊缝质量的好坏，我们引入了焊缝系数e这个概念。
本文将探讨焊缝系数e的定义和计算方法，探讨其在焊接工艺中的重要性，并对相关研究进行总结。
通过深入了解焊缝系数e，我们可以更好地评估焊缝质量和焊接工艺的可靠性，确保焊接产品的安全性和可靠性。
接下来的章节将逐一介绍焊缝系数e的定义和计算方法，分析其影响因素，并对其重要性进行深入探讨。
最后，我们将对本文的主要内容进行总结，并提出进一步研究的展望。
通过本文的阅读，读者将能够了解焊缝系数e的基本概念和应用，帮助他们在焊接工艺中更好地理解和应用这一重要参数。
希望本文能够对相关研究人员以及从事焊接工作的工程师们有所启发，并对焊接技术的发展和应用做出积极贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开讨论焊缝系数e的定义、计算方法、重要性和结论总结。
首先，在引言部分，将对焊缝系数e的背景和意义进行概述，介绍焊缝在工程中的重要性和影响因素。
同时，文章结构部分将给出整篇文章的框架和各个部分的内容安排。
其次，在正文部分的第2.1节，将详细阐述焊缝系数e的定义，包括对焊缝系数e的概念进行解释，以及焊接中与焊缝系数e相关的衡量指标和考虑因素。
进一步，通过实例说明不同情况下焊缝系数e的变化及其影响。
紧接着，在正文部分的第2.2节，将介绍焊缝系数e的计算方法。
包括从理论上推导焊缝系数e的数学模型，并详细说明如何根据焊接工艺参数和材料特性进行计算。
同时，列举实际工程中常见的焊缝系数e计算案例，并分析其计算结果。
然后，在结论部分的第3.1节，将强调焊缝系数e的重要性，指出正确计算和应用焊缝系数e对焊接工艺和焊缝质量的关键作用，并探讨其对焊接过程控制和焊缝设计的指导意义。
基于热点应力法的焊接结构疲劳评估
基于热点应力法的焊接结构疲劳评估引言焊接结构在工程和制造过程中广泛应用，但在长期使用中会面临疲劳失效的风险。
为了提高焊接结构的可靠性和安全性，进行疲劳评估是非常重要的。
基于热点应力法是一种常用的疲劳评估方法，本文将对该方法进行全面、详细、完整和深入的探讨，以期对焊接结构的疲劳评估提供有益的指导。
二级标题一三级标题一在进行焊接结构疲劳评估之前，我们需要首先了解热点应力法的基本原理。
热点应力法是一种通过考虑焊接热循环引起的残余应力和应力集中等因素，来评估焊接结构疲劳寿命的方法。
其基本思想是将焊接接头中的焊缝区域划分为若干个小区域（即热点），然后针对每一个热点进行应力分析，最终得到整个焊接接头的热点应力分布。
根据热点应力分布，可以进一步估计焊接接头在特定载荷下的疲劳寿命。
为了进行热点应力法的疲劳评估，我们需要进行以下几个步骤：1.确定焊接接头的几何形状和尺寸。
2.建立焊接接头的有限元模型，包括焊缝区域的几何形状和材料性质。
3.设置加载边界条件，包括载荷大小和加载方式。
4.运行有限元分析，计算焊接接头的应力分布。
5.根据应力分布，计算热点应力。
6.利用热点应力和疲劳标准曲线，估计焊接接头的疲劳寿命。
三级标题二热点应力法的核心是计算焊接接头的热点应力。
热点应力是指焊接接头中最大的应力值，通常出现在焊缝和母材交界处等处。
热点应力的计算可以利用有限元方法进行，其具体步骤如下：1.对焊接接头进行网格划分，将焊缝区域划分为若干个小区域。
2.在每个小区域中设置一个节点，并为每个节点指定适当的材料性质和分布载荷。
3.运行有限元分析，计算每个节点的应力分布。
4.在每个小区域中选取最大的应力值作为该区域的热点应力。
5.将所有小区域中的热点应力进行对比，得到整个焊接接头的热点应力分布。
通过以上步骤，我们可以得到焊接接头的热点应力分布，从而可以进一步评估焊接接头在不同载荷下的疲劳寿命。
二级标题二三级标题一在进行热点应力法的焊接结构疲劳评估时，还需要注意一些关键问题。
焊接结构疲劳裂纹形成与扩展寿命预测
由K1决定，因此把K1称为应力强度因子。应力强度因子K1
决定于裂 纹的形状和尺寸，也决定于应力的大小。如对无
限大平板内中心含有穿透K1=
,由此可知线弹性断
裂力学并不象传统力学那样，单纯用应力大小来描述裂 纹
尖端的应力场，而是同时考虑应力与裂纹形状及尺寸的综
合影响。
• 由公式可知，当 时
，此时裂纹尖端处的应
口根部的应变集中系数 Kt 是切口最大局部应变 与名义应变 e 之比。当切
口根部局部应力应变在弹性范围内时，理论应力集中系数 Kt 和 K ，Kt 均
相等。然而，当切口局部进入塑性状态以后，这种关系就不成立了，但是，
切口局部的塑性应变要受到周围弹性区的制约，通过有限元法的塑性理论
分析 Neuber 得出了如下关系式：
sin 2
cos 2
cos
3
2
其中张开型应力强度因子 Kt a 是描述裂纹尖端应力强度的主导参量。 对于一些其它裂纹体的应力强度因子通常可用下式表示：
Kt M a
• 由上述裂纹尖端应力场可知，如给定裂纹尖端某点的位置 时，裂纹尖端某点的应力、位移和应变完全由K1决定，如
将应力写成一般通式
• 即可更清楚地看出，裂纹尖端应力应变场的强弱程度完全
强弱程度的力学参量， 可以推断当应力增大时，K1也 逐渐增加， 当K1达到某一临界值时，带裂纹的构件就断裂了。这一临界值 便称为断裂韧性Kc或K1c。 应当注意，K1和Kc或K1c是不同的。 • K1是受外界条件影响的反映裂纹尖端 应力场强弱程度的力学 度量，它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化，也和裂纹 的形状类型，以及加载方式有关，但它和材料本身的固有性能 无关。而断裂韧性 Kc和K1c则是反映材料阻止裂纹扩展的能力， 因此是材料本身的特性。Kc和K1c不 同点在于,Kc是平面应力状 态下的断裂韧性，它和板材或试样厚度有关，而当板材厚度增 加到达到平面应变状态时断裂韧性就趋于一稳定 的最低值，这 时便与板材或试样的厚度无关了，我们称为K1c，或平面应变的 断裂韧性，它才真正是一材料常数，反映了材料阻止裂纹扩展 的能力。 • 我们通常测定的材料断裂韧性，就是平面应变的断裂韧性K1c。 而建立的断裂判据也是以K1c为标准的，因为 它反映了最危险 的平面应变断裂情况。从平面应力向平面应变过渡的板材厚度 取决 于材料的强度，材料的屈服强度越高，达到平面应变状态 的板材厚度越小。
焊接接头强度与韧性的计算
焊接接头强度匹配和焊缝韧性指标综述1 焊接接头的强度匹配长期以来，焊接结构的传统设计原则基本上是强度设计。
在实际的焊接结构中，焊缝与母材在强度上的配合关系有三种：焊缝强度等于母材（等强匹配），焊缝强度超出母材（超强匹配，也叫高强匹配）及焊缝强度低于母材（低强匹配）。
从结构的安全可靠性考虑，一般都要求焊缝强度至少与母材强度相等，即所谓“等强”设计原则。
但实际生产中，多数是按照熔敷金属强度来选择焊接材料，而熔敷金属强度并非是实际的焊缝强度。
熔敷金属不等同于焊缝金属，特别是低合金高强度钢用焊接材料，其焊缝金属的强度往往比熔敷金属的强度高出许多。
所以，就会出现名义“等强”而实际“超强”的结果。
超强匹配是否一定安全可靠，认识上并不一致，并且有所质疑。
长江大桥设计中就限制焊缝的“超强值”不大于98MPa；美国的学者Pellini则提出〔1〕，为了达到保守的结构完整性目标，可采用在强度方面与母材相当的焊缝或比母材低137MPa的焊缝（即低强匹配）；根据日本学者佑藤邦彦等的研究结果〔2〕，低强匹配也是可行的，并已在工程上得到应用。
但玉凤等人的研究指出〔3〕，超强匹配应该是有利的。
显然，涉及焊接结构安全可靠的有关焊缝强度匹配的设计原则，还缺乏充分的理论和实践的依据，未有统一的认识。
为了确定焊接接头更合理的设计原则和为正确选用焊接材料提供依据，清华大学伯蠡教授等人承接了国家自然科学基金研究项目“高强钢焊缝强韧性匹配理论研究”。
课题的研究容有：490MPa级低屈强比高强钢接头的断裂强度，690～780MPa级高屈强比高强钢接头的断裂强度，无缺口焊接接头的抗拉强度，深缺口试样缺口顶端的变形行为，焊接接头的NDT试验等。
大量试验结果表明：（1）对于抗拉强度490MPa级的低屈强比高强钢，选用具备一定韧性而适当超强的焊接材料是有利的。
如果综合焊接工艺性和使用适应性等因素，选用具备一定韧性而实际“等强”的焊接材料应更为合理。
焊缝的疲劳寿命计算
焊缝的疲劳寿命计算
焊接结构在使用过程中会承受交变载荷，从而产生疲劳损伤。
为了保证焊接结构的安全可靠，需要对焊缝的疲劳寿命进行计算和评估。
焊缝的疲劳寿命计算一般可以遵循以下步骤：
确定焊缝的应力集中系数Kf：焊缝处的应力集中系数Kf是计算疲劳寿命的基本参数，它可以通过理论计算或试验获得。
通常，焊缝处的应力集中系数Kf取值范围为1.5~2.5。
计算焊缝的等效应力范围△σ：焊缝的等效应力范围△σ可以通过应力分析或者有限元分析得出。
确定材料的疲劳极限：材料的疲劳极限是指在一定的应力水平下，材料可以承受的循环载荷次数。
疲劳极限可以通过试验获得。
计算焊缝的疲劳强度系数Kf'：焊缝的疲劳强度系数Kf'是通过对焊缝进行试验得到的。
计算焊缝的疲劳寿命：根据疲劳理论，焊缝的疲劳寿命可以通过下式计算得出：
N = (Kf' / △σ)^b / (2a)
其中，N为疲劳寿命，Kf'为焊缝的疲劳强度系数，△σ为焊缝的等效应力范围，a、b为材料的参数，可以通过试验获得。
需要注意的是，以上计算方法仅供参考，具体的焊缝疲劳寿命计算还需要根据实际情况进行综合分析。
硬度韧性疲劳强度计算公式
硬度韧性疲劳强度计算公式硬度、韧性和疲劳强度是材料力学性能中非常重要的指标，它们对材料的使用和应用具有至关重要的影响。
本文将介绍硬度、韧性和疲劳强度的计算公式，并探讨它们在材料工程中的应用。
硬度是材料抵抗外部力量的能力，通常用来描述材料的抗压性能。
硬度测试是材料力学性能测试中的重要一环，常用的硬度测试方法有洛氏硬度、巴氏硬度和维氏硬度等。
硬度的计算公式通常采用压痕面积和压痕深度之间的关系来表示，常见的硬度计算公式为：H = F/A。
其中，H表示硬度，F表示加载力，A表示压痕面积。
这个公式表明，硬度与加载力和压痕面积成正比，加载力越大、压痕面积越小，材料的硬度就越高。
韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用来描述材料的抗拉伸性能。
韧性测试是材料力学性能测试中的另一个重要环节，常用的韧性测试方法有拉伸试验、冲击试验和断裂韧性试验等。
韧性的计算公式通常采用应力-应变曲线下的面积来表示，常见的韧性计算公式为：T = ∫σdε。
其中，T表示韧性，σ表示应力，ε表示应变。
这个公式表明，韧性与应力-应变曲线下的面积成正比，应力-应变曲线下的面积越大，材料的韧性就越高。
疲劳强度是材料在交变载荷作用下的抗疲劳能力，通常用来描述材料在循环载荷下的抗疲劳性能。
疲劳强度测试是材料力学性能测试中的另一个重要环节，常用的疲劳强度测试方法有旋转疲劳试验、拉伸-压缩疲劳试验和弯曲疲劳试验等。
疲劳强度的计算公式通常采用应力循环数和断裂应力之间的关系来表示，常见的疲劳强度计算公式为：σa = Kfσm。
其中，σa表示应力循环数，Kf表示疲劳强度系数，σm表示断裂应力。
这个公式表明，疲劳强度与应力循环数和断裂应力成正比，应力循环数越大、断裂应力越小，材料的疲劳强度就越高。
硬度、韧性和疲劳强度是材料力学性能中的重要指标，它们对材料的使用和应用具有至关重要的影响。
在材料工程中，我们需要根据不同的使用场景和要求来选择合适的材料，以确保材料具有足够的硬度、韧性和疲劳强度。
焊缝疲劳分析
Fe-safe Verity焊缝疲劳分析一. Verity焊缝疲劳分析的必要性焊接连接是工业领域上非常常见的结构连接方式，在结构设计中具有非常重要的地位，因此焊接的结构强度和疲劳强度都非常重要。
一般情况下，平板焊接钢结构焊缝的屈服强度和抗拉强度都不低于其母材，但是焊缝的疲劳强度却远远低于母材的疲劳强度，焊缝失效的主要形式为疲劳，所以焊缝疲劳强度分析十分必要。
焊缝的抗疲劳性能很大程度上取决于焊缝的宏观和微观几何形状，影响焊缝疲劳强度得因素很多，比如动态应力，平均应力，焊接残余应力等。
传统的焊接疲劳分析方法是通过有限元分析软件来计算焊缝处的应力，然后根据焊接结构的不同类型定义应力寿命S-N曲线来计算焊缝的疲劳寿命。
一般来说，有限元网格的大小直接影响仿真分析的结构应力结果，特别在应力集中位置（焊接位置通常有应力集中），其影响更大，因此传统焊接疲劳分析方法无法准确预测焊缝处的疲劳寿命。
模块，可以很好地解决上述问题。
2006年最新版本的Fe-safe引入了一个全新的“Verity”该模块的核心技术来源于美国著名的科技研发公司Battelle的JIP（Joint Industry Project）项目研究成果，该研究成果“Mesh-insensitive Structural Stress M ethod”是在通用有限元分析程序计算结果基础上，针对板壳、实体等结构连接形式，专门开发计算等效Structural Stress的程序，使得最后的应力计算结果不具有网格敏感性，即在不同网格尺寸下都能获得精确一致的疲劳仿真结果。
二. Verity焊缝分析介绍Verity的等效结构应力法是一种新型焊接结构疲劳寿命预测技术,可广泛应用于不同工业领域的各类形式焊接承载部件的焊趾疲劳分析,如压力容器、管道、海上平台、船舶、地面车辆等结构的管件及平板焊接接头。
该方法主要基于以下2项关键技术:1.考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析其结构应力(即热点应力),确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸均不敏感,从而有效区分不同接头类型的焊趾结构应力集中情形。
有限元计算过程中焊缝疲劳计算
有限元计算过程中焊缝疲劳计算焊缝疲劳计算是有限元计算中的一项重要任务，它用于评估焊缝在长期循环载荷下的疲劳性能。
焊缝是连接两个或多个金属构件的关键部位，它承受着来自外部载荷的巨大压力和应力。
因此，对焊缝的疲劳性能进行准确的计算和分析至关重要。
我们需要确定焊缝的几何形状和材料特性。
焊缝的几何形状包括焊缝的长度、宽度和厚度等。
材料特性包括焊缝材料的弹性模量、泊松比和屈服强度等。
这些参数将直接影响焊缝在循环载荷下的疲劳性能。
接下来，我们使用有限元分析方法来模拟焊缝在循环载荷下的应力和变形情况。
有限元分析是一种数值计算方法，通过将结构划分为许多小的有限元单元来近似描述结构的行为。
我们可以通过施加适当的边界条件和加载条件来模拟循环载荷下焊缝的应力和变形。
在进行有限元计算之前，我们需要为焊缝模型选择合适的网格划分和单元类型。
网格划分的精度将直接影响计算结果的准确性。
通常情况下，我们会使用四边形单元或三角形单元来建模焊缝。
在选择单元类型时，我们需要考虑到焊缝的特点和计算的需要。
完成网格划分后，我们可以通过施加循环载荷来模拟焊缝的工作环境。
循环载荷可以是振动、冲击或其他周期性载荷。
我们需要确定循环载荷的频率、振幅和持续时间等参数。
通过施加循环载荷，我们可以计算焊缝在不同循环次数下的应力和应变。
我们可以使用疲劳理论来评估焊缝的疲劳寿命。
疲劳理论提供了一种方法来预测焊缝在循环载荷下的疲劳寿命。
常用的疲劳理论包括极限应力法、应力幅法和等效应力法等。
通过将计算得到的应力和应变数据代入疲劳理论中，我们可以得到焊缝的疲劳寿命。
焊缝疲劳计算是有限元计算中的重要任务，它帮助我们评估焊缝在循环载荷下的疲劳性能。
通过准确的几何模型、材料特性和循环载荷的模拟，我们可以得到焊缝的应力、应变和疲劳寿命等关键参数。
这些参数对于设计和评估焊接结构的可靠性至关重要。
焊缝抗拉强度计算公式
焊缝抗拉强度计算公式1、焊缝厚度可以作为板厚。
2、Q345B钢6---16mm厚度温度200度以内的170MPa。
可以代入计算。
3、10N＝1KG力两块厚度相同的钢板的，材料为钢。
已知长度为100mm，板厚为8mm,钢的用为[δt]为167MPa。
4、解：由公式Fσ= ----- ≤[σt ] 得Lδ1 F ≤Lδ1σt =133.6(KN)已知L—100mmδ1—8mmδt—167MPa答：该焊缝能承受133.6(KN)拉力。
扩展资料：定义符号试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/（MPa）。
它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。
计算公式为：σ=Fb/So式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；So--试样原始横截面积，mm病? 抗拉强度（Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。
当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。
此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。
钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。
单位:N/(单位面积承受的公斤力)国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定。
对于脆性材料和不成形颈缩的塑性材料，其拉伸最高载荷就是断裂载荷，因此，其抗拉强度也代表断裂抗力。
对于形成颈缩的塑性材料，其抗拉强度代表产生最大均匀变形的抗力，也表示材料在静拉伸条件下的极限承载能力。
对于钢丝绳等零件来说，抗拉强度是一个比较有意义的性能指标。
抗拉强度很容易测定，而且重现性好，与其他力学性能指标如疲劳极限和硬度等存在一定关系，因此，也作为材料的常规力学性能指标之一用于评价产品质量和工艺规范等。
《焊缝强度计算》课件
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目录 /目录
01
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04
焊缝强度的试 验方法
02
焊缝强度计算 概述
05
焊缝强度的影 响因素
03
焊缝强度计算 公式
06
提高焊缝强度 的措施
01 添加章节标题
02 焊缝强度计算概述
考虑焊缝 的应力状 态和变形 情况
考虑焊缝 材料的力 学性能和 焊接工艺 的影响
考虑焊缝 几何形状 和尺寸的 影响
考虑焊缝 缺陷和焊 接残余应 力的影响
考虑焊缝 的疲劳强 度和断裂 韧性的影 响
考虑焊缝 的腐蚀和 磨损的影 响
03 焊缝强度计算公式
常用焊缝强度计算公式
强度极限公式：σ=F/A
应力强度因子公式：K=σ/Y 疲劳强度公式：σ=σmin+N(σσmin)
焊接接头形式的影响
焊接接头形式对焊缝强度的影响 焊接接头形式对焊接质量的影响 焊接接头形式对焊接效率的影响 焊接接头形式对焊接成本的影响
环境因素的影响
温度：温度过高或过低都会影响焊 缝强度
风速：风速过大会影响焊接过程中 的稳定性，从而影响焊缝强度
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
湿度：湿度过高会导致焊缝腐蚀， 影响强度
冲击试验
试验目的：验证焊缝的抗冲击性能
试验设备：冲击试验机 试验步骤：将试样固定在试验机上，施加冲击载荷，记录试样变形和破 坏情况 试验结果：根据试样变形和破坏情况，评估焊缝的抗冲击性能
硬度试验
硬度试验的目的：测量焊缝的硬度， 评估其强度
基于verity方法的焊缝疲劳评估原理及验证
基于verity方法的焊缝疲劳评估原理及验证焊缝疲劳评估是对焊缝在长期使用过程中受到的疲劳载荷和应力的评估。
而基于verity方法的焊缝疲劳评估原理主要包括应力计算、寿命评估、验证方法等。
首先，基于verity方法的焊缝疲劳评估原理需要进行应力计算。
焊缝的应力通常可以通过有限元分析或应力分析计算得到。
有限元分析是一种通过将大的结构或组件分成许多小的有限元来近似求解应力和变形的方法。
通过对焊接接头进行有限元分析，可以得到焊接应力的分布情况。
而应力分析可以通过公式计算得到应力值。
这样，将计算得到的应力值与焊接材料的疲劳极限进行比较，可以初步评估焊缝的疲劳寿命。
其次，基于verity方法的焊缝疲劳评估原理需要进行寿命评估。
焊缝的疲劳寿命可以通过S-N曲线和疲劳极限数据进行评估。
S-N曲线是通过将应力振幅与疲劳寿命的对数关系绘制而成的曲线。
而疲劳极限数据是表示焊接材料在特定应力条件下的寿命极限。
通过将根据应力计算得到的应力值代入S-N曲线，可以获得焊缝在长期使用过程中的疲劳寿命。
如果焊缝的疲劳寿命小于要求的使用寿命，说明焊缝存在疲劳问题，需要进行相应的处理和改进。
最后，基于verity方法的焊缝疲劳评估原理需要进行验证方法。
验证方法主要包括实验验证和现场验证两种方式。
实验验证是通过模拟实际工作条件下的应力和载荷对焊缝进行测试。
通过试验获得的数据，可以验证焊缝疲劳评估的准确性。
而现场验证是在焊缝实际工作环境下进行验证。
通过对现场焊缝的监测和分析，可以验证焊缝疲劳评估的准确性和可靠性。
综上所述，基于verity方法的焊缝疲劳评估原理主要包括应力计算、寿命评估和验证方法。
应力计算通过有限元分析或应力分析计算得到焊接应力的分布情况。
寿命评估通过S-N曲线和疲劳极限数据评估焊缝的疲劳寿命。
验证方法包括实验验证和现场验证两种方式。
通过以上原理和方法，可以对焊缝进行全面准确的疲劳评估，并制定相应的改进措施。
焊接结构疲劳寿命评估方法研究
焊接结构疲劳寿命评估方法研究引言：随着工程结构的发展，焊接结构在各行各业中得到了广泛应用。
然而，焊接结构由于焊接过程的引入和焊接缺陷的存在，容易产生疲劳断裂故障。
因此，研究焊接结构的疲劳寿命评估方法对于确保结构的安全性和可靠性非常重要。
一、疲劳断裂机理焊接结构在使用过程中主要受到循环载荷作用，这使得焊接接头内部发生了塑性应变的积累。
当积累的塑性应变达到一定程度时，焊接接头内部将出现应力集中区域，从而导致裂纹的形成和扩展。
当裂纹达到一定尺寸时，焊接接头就会出现疲劳断裂故障。
二、焊接疲劳寿命评估方法1.线性累积损伤线性累积损伤方法是一种简单有效的焊接疲劳寿命评估方法。
它包括了应力分析、系数计算、损伤评估和寿命预测等步骤。
通过这种方法可以确定焊接结构在给定载荷下的寿命。
2.塑性应变耗散评估塑性应变耗散评估方法是一种基于损伤积累的疲劳寿命评估方法。
它根据焊接接头内部的塑性应变积累情况来评估结构的寿命。
该方法更为精确，适用于多种不同的工程情况。
3.局部断裂力学评估局部断裂力学评估方法是一种基于局部损伤的焊接疲劳寿命评估方法。
它通过断裂力学参数的计算和分析来评估焊接接头的寿命。
该方法可以考虑焊接接头中不同区域的损伤情况，提高评估的准确性。
三、影响疲劳寿命的因素1.裂纹尺寸裂纹尺寸是影响疲劳寿命的一个重要因素。
裂纹尺寸越大，将会导致焊接接头的寿命降低。
2.焊接材料焊接材料的强度和塑性特性将直接影响焊接接头的疲劳寿命。
优质的焊接材料可以提高接头的疲劳寿命。
3.载荷频率载荷频率是指焊接结构在使用过程中所受到的载荷的次数。
频繁的载荷将会缩短焊接接头的疲劳寿命。
4.焊接接头形状和尺寸焊接接头的形状和尺寸将直接影响焊接接头在受载过程中的应力和塑性应变分布，从而影响疲劳寿命。
结论：焊接结构疲劳寿命评估方法是一项重要的研究内容，对于确保结构的安全和可靠具有重要意义。
线性累积损伤、塑性应变耗散和局部断裂力学评估是目前常用的焊接疲劳寿命评估方法，不同的方法适用于不同的工程情况。
钢筋工程施工中的焊接技术和材料疲劳性能评估的实验分析方法
钢筋工程施工中的焊接技术和材料疲劳性能评估的实验分析方法在钢筋工程施工中，焊接技术和材料的疲劳性能评估是一个重要的研究方向。
焊接是将金属材料通过局部加热使之部分熔化，并在固化后形成永久连接的过程。
焊接技术在钢筋工程中广泛应用，但其应用质量和可靠性对于整个工程的安全性和耐久性至关重要。
本文将探讨焊接技术和材料的疲劳性能评估的实验分析方法。
一、焊接技术的分类与特点焊接技术根据焊接过程中是否增加外界热源可以分为离散焊接和连续焊接两类。
离散焊接包括电弧焊、气焊等，其特点是瞬时热源作用于焊缝，焊缝快速冷却形成。
连续焊接则是以连续供热为特点的焊接方式。
根据焊接方式不同，焊接技术可以分为手工焊接、自动焊接以及半自动焊接。
二、焊接材料的影响因素焊接材料的疲劳性能主要受到以下几个方面的影响：焊接过程中的热循环、残余应力、焊接接头的形状和尺寸以及焊接接头处的缺陷。
1. 热循环：焊接过程中金属受到局部加热和快速冷却的作用，形成热循环。
热循环会导致焊接接头区域的晶体组织发生变化，从而影响焊接接头的疲劳性能。
2. 残余应力：焊接过程中产生的残余应力会对焊接接头的疲劳性能产生重要影响。
残余应力可能导致焊接接头出现塑性变形和裂纹扩展，从而降低接头的疲劳寿命。
3. 接头的形状和尺寸：焊接接头的形状和尺寸对其疲劳性能有重要影响。
一些焊接接头的几何形状和尺寸会导致应力集中，从而增加接头的疲劳裂纹的产生和扩展的可能性。
4. 缺陷：焊接接头中的缺陷，如气孔、夹杂物、裂纹等，会削弱接头的疲劳性能。
因此，在焊接过程中必须采取措施防止和修复缺陷。
三、焊接技术评估的实验分析方法焊接技术的评估主要通过实验分析来完成。
以下介绍几种常用的实验分析方法：1. 金属log-Log曲线法：通过施加不同的加载频率和幅值，利用金属材料的疲劳试验，得到应力幅值和循环寿命的关系。
然后根据该关系，评估焊接接头的疲劳性能。
2. 裂纹扩展试验：通过人工制造焊接接头上的裂纹，然后施加不同的加载，观察裂纹的扩展情况。
壳单元焊缝疲劳寿命计算ncode
壳单元焊缝疲劳寿命计算ncode
首先，确定壳单元的几何形状和尺寸。
这包括壳体的长度、半径、壁
厚等参数。
这些参数将用于计算焊缝接头的几何形状和尺寸。
然后，根据实际情况，选择适当的材料强度参数。
这包括材料的抗拉
强度、屈服强度和延伸率等参数。
根据设计规范或实验数据，选择适当的
参数值。
接下来，进行疲劳载荷的分析。
根据实际情况，确定壳单元结构的工
作载荷和加载频率。
这些载荷包括静态载荷、动态载荷和循环载荷等。
对
于壳单元焊缝的疲劳寿命计算，关键是确定循环载荷的幅值和循环次数。
然后，利用NCode进行疲劳寿命计算。
NCode是一款专业的疲劳分析
软件，可以进行疲劳寿命计算。
在NCode中，通过输入壳单元的几何参数、材料参数和加载条件等，进行疲劳分析。
NCode将根据输入的参数和加载
条件，计算焊缝的疲劳寿命。
最后，根据计算结果评估壳单元的疲劳寿命和安全性。
如果焊缝的疲
劳寿命满足设计要求，即表示结构具有足够的疲劳寿命和安全性。
如果疲
劳寿命不足，需要对结构进行改进或采取其他措施，以增加其疲劳寿命和
安全性。
总之，壳单元焊缝疲劳寿命计算是一项复杂的工程任务，需要考虑多
个因素。
通过使用NCode软件进行疲劳分析，可以快速准确地计算壳单元
焊缝的疲劳寿命，并评估结构的安全性。
焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法
Σ 和 A max的分布 2
由于外载荷变化 、 材料性质及零件的制造误差 等原因 , 实际作用到焊缝上的应力是变化的[4] , 即 ΔS 是一个随机变量 ,故 Σ 也是随机变量 ,它服从正 态分布 ,其密度函数可表为 2 P eΣ= σ 2π Σ
(Σ - Σ)
2
图1 疲劳断裂一般过程 Fig11 Generalprocessforfatiguefracture
当循环次数 n 达到 N 时 , A 达到临界状态 A max , 焊缝材料发生疲劳断裂 ,寿命为 N o 但由于Σ 和 A max 都是随机变量 ,所以要用图 1 来描述疲劳断裂的一 般过程 。
Σ
( 3)
式中 : A 为裂纹效应参数 , 由焊缝材料裂纹尺寸决 定 ;Σ 为应力效应参数 。 焊缝材料经过一定的循环次数 N o 后 , 焊缝裂 纹以扩展速度为 d l /d n 开始扩展 , 直到最后断裂 。 当 l = l max时 ,材料达到极限状态 。这时有 A = A max ,
A max较为合适 。故 A max的分布密度函数可写为
分 ,便可得到焊缝材料的失效率 。 设 A max和 Σ 为相互独立的随机变量 ,则联合概 率密度可表示为
p ( N ) = p ( A max) p (Σ) =
2
σ N
2π
e-
( N - N)
2
σN 2
2
( 8)
式中 : N 是 N 的平均值 ;σ N 是 N 的标准差 。由求均 值和标准差的公式 ,可得
N =
∫∫
∞
∞
A max
- ∞ - ∞
e Σ・ σ σ 2π Σ max d A maxdΣ =
1
-
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2
( m -2 ) CM
m/ 2 [ l o
2- m 2
- l max
2- m 2
]
( 4)
此时的循环次数 n 即为零件工作的寿命 N ,故式 ( 3) 变为
N= A max
Σ
( 5)
焊缝材料的工作寿命即为焊缝不发生断裂前的应力 循环次数 n 。
收稿日期 : 2007-01-11 ) 基金项目 : 湖南省自然科学基金资助项目 (03JJY3132
疲劳断裂的可靠性计算方法 。
1 疲劳裂纹扩展
根据金属疲劳断裂理论中的裂纹扩展理论[2] , 焊缝材料从开始承受循环应力一直到疲劳破坏 , 整 个过程相当复杂 , 影响过程的因素很多 。一般把焊 缝材料的疲劳破坏分为三个阶段 : 裂纹萌生阶段 、 裂 纹扩展阶段以及瞬时断裂阶段 。裂纹萌生后 , 不断 扩展 ,其扩展速度 d l /d n 一般表示为焊缝裂纹长度
N= X A max
2 σ Σ ) ( 14) Σ2
误差为 3 X ( 标准差) ,于是有 : 标准差 = 参数误差/3 。 这样 , 我 们 可 得 到 : Σ =463777, σ Σ =4684, A max = 2.83 ×10, σ =2.77 × 10, 当要求可靠度为 0.99 A max 时 ,由标准正态分布函数表 [5] 查得分位数 X =-2. 32, 将以上数据带入式 ( 14 ) , 得循环次数为 60442 次 。此例表明 ,当本压力容器循环 60442 次 ,此压力 容器的焊缝不发生疲劳失效的可靠性为 0.99 。
m
m/ 2 [ l o
2- m 2
- l
2- m 2
]
式中 : N o , n 和 N e 分别为裂纹萌生阶段 、 裂纹扩展阶
第1期
林国湘 ,等 : 焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法
PA max =
51
(A
max
段和整个过程的应力循环次数 ; l o 为与 N o 对应的初 始裂纹长度 ; m ≠ 2 。令
N =
∫∫
∞
∞
A max
- ∞ - ∞
e Σ・ σ σ 2π Σ max d A maxdΣ =
1
-
1 2
(A
max 2
- A max)
max
2
σA
+
(Σ - Σ)
2
σ Σ
2
2
×
( 9) ( 10)
A max
Σ
2 2
( 1+
2 σ Σ ) Σ2 2 2
1 σ N = Σ2
σ A max Σ + Σσ A max
第 28 卷 第 1 期 2008 年 1 月
焊 接 学 报
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION
Vol.2 9 No.1 January 2008
焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法
林国湘 , 叶进宝 , 邱长军
( 南华大学 机械工程学院 , 湖南 衡阳 421001)
( N ) 。下面先求 N 的分布密度 , 对分布率密度积
σ 2 Σ
2
( 6)
式中 :Σ 是Σ 的平均值 ;σ Σ 是Σ 的标准差 。 极限裂纹效应参数 A max可由实测得到 , 即对于 在一定工作条件下的焊缝 , 可从实际工作中疲劳断 裂的样品测得 l max , 再由式 ( 4) 算得 A max ; 大多数情 况下 ,可应用断裂力学中线弹性判据 K1 ≤K1 C ,可得 一定循环应力下的焊缝极限裂纹尺寸 l max , 再由式 (4) 算得 A max , 上式中 K1 C 为临界应力强度因子 , 可 在手册中查得 ,也可通过测试得到[3] 。 对于同一种焊缝 ,在同样的场合使用 , A max的值 将不会完全相同 , A max 的影响因素主要有 : 应力集 中、 焊缝材料的表面状况 、 焊缝的尺寸大小及内部原 [4] 始微裂纹等 。所以 A max是一个随机变量 , 它服从 一定的分布 。由试验数据和经验 , 可知正态分布对
[1] ProvanJW. 概率断裂力学和可靠性 [M]. 北京 : 航空工业出版
Σ 和 A max的分布 2
由于外载荷变化 、 材料性质及零件的制造误差 等原因 , 实际作用到焊缝上的应力是变化的[4] , 即 ΔS 是一个随机变量 ,故 Σ 也是随机变量 ,它服从正 态分布 ,其密度函数可表为 2 P eΣ= σ 2π Σ
(Σ - Σ)
2
图1 疲劳断裂一般过程 Fig11 Generalprocessforfatiguefracture
x= ( N - N)
则 Q = Φ2 -0 . 21 2 (Δ / Q =3 . 55 。将式 ( 4 ) 中 S/ S s ) =1 . 07 , M =1 . 21π 右边各变量的均值和参数误差带入可得 A max =2.83 × 10 ± 8.3 × 10 正态分布有个重要特性 , 即数据偏离三倍标准 ) , 故可近似认为 , 参数 差的可能性很小 ( 概率为 3 ‰
l、 循环应力 S 以及材料常数 C 的函数 , 在工程上广
泛应用的表达式为
m ( 1) d l /d n = C (ΔK) m = C (Δ S Ml ) 式中 :ΔS = S max - S min , ( S max : 最大应力 , S min : 最小
应力) 叫应力幅 ; M 为几何因子 , 因裂纹形式而异 , 当裂纹为表面浅裂纹时 , M =1 . 21π/ Q , 其中 Q 为 2 修正因子 , Q = Φ2 -0 . 212 (Δ S / S s ) , Φ 为椭圆积分 , 为焊缝材料的屈服强度 , 当裂纹长度和深度之比 l/ a 以及 Δ S / S s 为已知时 , 可在断裂书中查到 Q 值 ; ΔK = Δ S
A=
2
( m -2 ) CM
m/ 2 [ l o
2- m 2
- l
2- m 2
e σ A max 2π
2
- A max)
2
2
σ 2 max
( 7)
]
式中 : A max是 A max的均值 ,σ A max是 A max的标准差 。
( 2)
Σ = (Δ S) 则上式变为
n= A
m
3 疲劳断裂的一般过程及可靠度函数
求得均值和标准差后 , 对式 ( 8) 积分 , 可得失效率 F
52
( N) 为 F ( N) =
焊 接 学 报
0.5/2 =0.25 。查 得 Φ =1.07,
第 29 卷
∫f ( N ) d ( N) = ∫ = σ
- ∞ - ∞
N
∞
1
N
2π
e-
( N - N)
2
σN 2
2
dN
令分位数
Ml , 叫应力强度因子幅 ; C , m 是与材料
有关的常数 [3] 。将式 ( 1) 写成如下的形式 : dl dn = m m/ 2 m/ 2 ( Δ ) C S M l 两边积分 :
∫ ∫ C (Δ S)
No
Ne
l
dn =
dl
m
lo
M
m/ 2 m/ 2
l
得
n = Ne - N o =
2
( m -2 ) C (Δ S) M
A max较为合适 。故 A max的分布密度函数可写为
分 ,便可得到焊缝材料的失效率 。 设 A max和 Σ 为相互独立的随机变量 ,则联合概 率密度可表示为
p ( N ) = p ( A max) p (Σ) =
2
σ N
2π
e-
( N - N)
2
σN 2
ห้องสมุดไป่ตู้
2
( 8)
式中 : N 是 N 的平均值 ;σ N 是 N 的标准差 。由求均 值和标准差的公式 ,可得
5 结 论
根据金属疲劳断裂理论中的裂纹扩展理论 , 以 疲劳断裂前裂纹长度为输出参数 , 利用可靠性技术 中的漂移设计原理 , 对焊缝材料抗疲劳断裂的可靠 性计算方法进行了探讨 。此计算方法可应用在高压 容器 、 飞机构件 、 船身以及机器中的重载构件等结构 中焊缝的抗断裂的可靠性设计中 。 参考文献 :
林国湘
0 序 言
据统计资料 , 在高压容器 、 飞机构件 、 船身以及 机器中的重载构件等结构中应用的高强度焊缝材 料 ,经常发生低应力脆断现象[1] , 造成故障和事故 。 这是因为焊缝结构中 , 熔化的焊缝材料冷却时要收 缩 ,使焊缝内部产生残余应力 ,以至产生内部原始微 裂纹 。当构件在外载荷作用下工作时 , 高强度材料 焊缝的裂纹就会逐渐扩展 ,直至最后断裂 。所以 ,构 件焊缝设计的一个重要任务 , 就是在设计阶段和使 用阶段预测出构件焊缝的工作寿命及其可靠性 。焊 缝材料的疲劳断裂是在循环变应力作用下 , 在焊缝 材料的应力最高 、 强度最弱的区域产生裂纹源 ,然后 不断扩展 ,最终产生断裂 [2] 。焊缝材料疲劳断裂的 过程 ,就是裂纹从无到有 、 从小到大的过程 , 因此可 以用裂纹尺寸来衡量焊缝材料疲劳断裂的程度 。 可靠性分析是以概率统计为基础 , 把设计参量 视作随机变量 ,以确定在规定条件下和规定时间内 不失效的概率 。焊缝材料抗疲劳断裂可靠性分析的 目的 ,是要计算在一定载荷作用下 ,焊缝材料在给定 可靠度下的循环次数 , 或在一定循环次数下焊缝材 料不发生破坏的概率 。对焊缝材料抗疲劳断裂的研 究目前仍处于探索阶段 , 因此我们根据金属疲劳断 裂理论中较成熟的裂纹扩展理论 ,引入 “极限疲劳效 Σ 应参数 Amax” 和 “应力效应参数 ” 等概念 , 运用可 靠性技术中漂移设计原理 , 对焊缝材料抗疲劳断裂 的可靠性进行了研究 , 研究了一种新的焊缝材料抗