焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构架上的应用_梁树林
焊接接头疲劳寿命的评估与预测
焊接接头疲劳寿命的评估与预测焊接接头是工程界常见的连接方式，其质量直接影响金属结构物的可靠性和安全性。
在长期使用中，焊接接头很容易出现裂纹、疲劳等问题，进而导致结构强度下降，甚至危及安全。
因此，对焊接接头疲劳寿命的评估和预测显得尤为重要。
一、焊接接头的结构特点焊接接头是金属结构物中经过加工、钎焊或电焊而成的连接部件。
焊接接头的构造复杂，由多个金属部件交叉组合而成。
常见的焊接接头种类有角焊缝、对接焊缝、搭接焊缝、焊接坡口等，各种焊接接头的结构特点都各异。
焊接接头受到机械载荷作用后，很容易产生塑性变形和应力集中，从而导致疲劳寿命下降。
此外，焊接过程中也会出现缺陷和不均匀性，这些都会影响焊接接头的力学性能。
因此，评估和预测焊接接头的疲劳寿命成为通常所需的分析方法。
二、焊接接头疲劳寿命的评估方法焊接接头的疲劳寿命评估方法有很多种，这里介绍其中较为常见的两种方法：数值模拟分析和试验方法。
1.数值模拟分析数值模拟分析是指利用计算机模拟焊接接头的力学特性和疲劳寿命，以此评估其可靠性。
这种方法有很大的优点，如无需进行大量试验，通常可以快速地提供焊接接头的疲劳寿命预测结果。
数值模拟分析通常包括三个步骤：建立有限元模型、施加载荷和预测接头寿命。
建立有限元模型是将焊接接头的实际尺寸转化为计算机可处理的二维或三维网格，施加载荷是指通过计算机模拟施加载荷，预测接头寿命是指根据计算结果预测焊接接头的疲劳寿命。
2.试验方法试验方法是指通过模拟实际使用环境的力学载荷，对焊接接头进行疲劳试验，以此评估接头的疲劳寿命。
这种方法通常需要进行大量试验，但其结果更为可靠。
试验方法通常包括四个步骤：设计试验样品、制备试验样品、施加载荷和分析结果。
设计试验样品是根据焊接接头的实际应用条件选择恰当的试验样品，制备试验样品是指将焊接接头制成试验样品，施加载荷是指使用模拟器件施加车、铁路和海洋等实际载荷，分析结果是指使用各种检测手段对以进行的试验结果进行疲劳寿命分析。
点焊结构疲劳寿命预测的新方法研究
点焊结构疲劳寿命预测的新方法研究李薇;王悦东【摘要】对基于力的LBF方法,主S-N曲线法,以及主S-N曲线法与LBF法相结合的方法进行研究,评估各种点焊疲劳评估方法的优缺点.针对同种材料及几何形状的剥离试件进行有限元建模,基于3种方法对点焊结构进行疲劳分析,预测点焊结构疲劳寿命,并与试验结果进行对比分析.分析结果表明,主S-N曲线法与LBF法相结合的疲劳分析方法具有兼顾建模效率和计算精度的优点,可以广泛用于车体部件点焊疲劳寿命的预测.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2019(057)003【总页数】4页(P27-30)【关键词】点焊;疲劳寿命;等效结构应力【作者】李薇;王悦东【作者单位】116028辽宁省大连市大连交通大学交通运输工程学院;116028辽宁省大连市大连交通大学交通运输工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG4050 引言点焊是一种在车体金属板件连接方式中被广泛应用的工业技术[1]，具有质量小、静强度高、可靠性好、性能稳定和易于实现自动化等优点[2]。
在承载式车身中，点焊结构的强度决定了在车辆运营期间车体结构的整体性能[3]。
一些点焊接头都只承受剪切力，但焊点在一定的载荷条件下也受到显著的剥离力[4]。
点焊的应力状态与几何形状的结合导致应力集中，致使点焊附近出现疲劳裂纹。
疲劳裂纹的存在不仅降低结构性能，还会增加车辆结构噪声和振动，因此对点焊接头的疲劳寿命进行预测在车体结构设计中是非常重要的。
在对点焊结构的进行疲劳寿命预测时，基于力的LBF[5]方法模拟焊点时采用梁单元模拟焊核，通过提取作用在建立于网格节点之间模拟焊核梁单元的力和力矩，然后根据相应的计算公式得出焊接母材上结构应力，最后根据对应的S-N曲线得到疲劳寿命。
由于所提取的力和力矩对网格要求程度较高，导致建模过程中无法准确模拟焊点所在位置，并且梁单元与被连接板材之间是否垂直都会影响所提取的力和力矩的大小，从而导致预测精度偏低。
基于模态叠加法的焊接结构疲劳寿命预测方法研究
基于模态叠加法的焊接结构疲劳寿命预测方法研究方吉;兆文忠;朴明伟【摘要】For welded structure's fatigue life prediction,a method of structural dynamic stress calculation based on the mode superposition method was proposed.The feasibility and accuracy of the method were verified.The method was based on the dynamic equilibrium of welded structures under time-varying loads,considering the effect of structural vibration acceleration on structural stress used to predict the fatigue life of welded structures.The structural dynamic stress calculation of welded structures under dynamic loading was realized with the proposed method and the application of the master S-N curve fatigue prediction method was broadened effectively.%针对焊接结构疲劳寿命预测，从动力学的角度提出了一种基于模态叠加法的动态结构应计算方法，并验证了其可行性与正确性，该方法以时变载荷作用下焊接结构的动平衡为基础，考虑结构自身振动加速度对用于评价焊缝疲劳寿命的结构应力的影响，实现了动态载荷下焊接结构的动态结构应力计算，有效地拓宽了主 S －N 曲线疲劳预测方法的应用领域。
焊接接头疲劳寿命评估与改善方法
焊接接头疲劳寿命评估与改善方法引言：焊接接头是工程结构中常见的连接方式之一，其质量和可靠性对于工程结构的安全性和稳定性起着至关重要的作用。
然而，由于焊接接头在使用过程中承受着重复加载和应力集中等因素的影响，其疲劳寿命往往成为焊接接头设计和使用过程中需要解决的一个重要问题。
一、焊接接头疲劳寿命评估方法1. 疲劳试验法疲劳试验法是一种直接评估焊接接头疲劳寿命的方法，通过对焊接接头进行一系列加载和卸载的循环试验，观察其在不同循环次数下的疲劳破坏情况，从而确定其疲劳寿命。
这种方法具有直观、可靠的特点，但是需要大量的试验样品和时间，成本较高。
2. 数值模拟法数值模拟法是一种基于有限元分析的方法，通过对焊接接头进行力学和疲劳分析，预测其在不同循环次数下的疲劳寿命。
这种方法可以较好地模拟焊接接头的应力分布和疲劳损伤形态，具有较高的准确性和效率。
然而，数值模拟法需要建立准确的材料本构模型和边界条件，对于复杂的焊接接头结构和加载情况，模拟结果可能存在一定的误差。
二、焊接接头疲劳寿命改善方法1. 材料选择焊接接头的材料选择对其疲劳寿命具有重要影响。
高强度、耐疲劳性能好的材料可以有效延长焊接接头的使用寿命。
因此，在设计和选择焊接接头材料时，应考虑其力学性能和疲劳性能指标，选择合适的材料。
2. 焊接工艺优化焊接工艺是影响焊接接头质量和疲劳寿命的关键因素之一。
通过优化焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度、焊接温度等，可以改善焊接接头的疲劳性能。
例如，采用适当的预热和后热处理工艺可以减少焊接接头的残余应力，提高其疲劳寿命。
3. 接头设计改进焊接接头的设计也对其疲劳寿命有着重要影响。
合理的接头形状和尺寸可以减少应力集中和应力集中因子，提高焊接接头的疲劳强度。
例如，采用圆角过渡和适当的增强措施可以改善焊接接头的应力分布，延长其疲劳寿命。
4. 表面处理焊接接头的表面处理可以改善其疲劳性能。
例如，采用喷丸、打磨等方法可以消除焊接接头表面的裂纹和缺陷，提高其表面质量和疲劳寿命。
基于焊缝疲劳寿命预测的某轿车后桥改进设计
基于焊缝疲劳寿命预测的某轿车后桥改进设计焊缝疲劳寿命是一个非常重要的问题，直接关系到零部件的使用寿命和安全性。
因此，在某轿车后桥的改进设计中，焊缝疲劳寿命的预测显得尤为重要。
首先，需要对焊接的工艺参数进行优化。
焊接工艺在整个后桥设计中起到了关键的作用，焊缝在使用过程中受到振动、载荷等因素的影响，因此，对焊接工艺进行优化是预测焊缝疲劳寿命的关键。
采用合适的焊接材料与焊接设备，严格控制焊接参数，保证焊接质量达到最高，是提高焊缝疲劳寿命的关键。
其次，需要进行仿真分析。
通过有限元分析的仿真 Software来完成焊接接头的振动与应力研究，同时，将疲劳分析的结果添加至仿真结果内，这样我们就能够得到焊接接头的疲劳寿命预测值。
这一步骤是可以重复执行、优化，同时时间成本较低，是焊缝疲劳寿命预测的最优选择。
最后，需要进行实际测试。
即使有了可靠的仿真分析数据，我们仍需要进行实际测试以验证结果。
将测试条件与仿真分析条件对比，确保测试数据是精准的。
综上所述，对于某轿车后桥的焊缝疲劳寿命预测，需要优化焊接工艺参数，进行有限元分析的仿真，并完成实际测试。
这样完整、准确的流程，能够最小化设备损坏和人员伤亡的发生概率，提高汽车的使用寿命和安全性。
另外，在某轿车后桥的改进设计中，还需要考虑不同的使用情况，不同的道路环境和载荷条件下焊缝的应力响应和疲劳寿命。
对于经常行驶在崎岖、不平整的路面上的车辆，其焊缝的疲劳寿命显著会受到影响。
因此，需要考虑车辆的使用环境和实际使用情况，进行额外的工艺和设计上的改进。
为了更加全面的预测焊缝疲劳寿命，还需要研究并分析焊接接头的表面粗糙度、焊缝尺寸及形状等因素。
在焊接加工前首先评估这些参数，并根据评估结果调整各项参数，提高焊接接头本身的质量，进一步提高焊缝疲劳寿命。
在焊接接头的设计方面，可以考虑使用多种形式的焊接接头。
例如，采用双面焊接接头以及焊缝错位设计可以显著降低焊缝应力集中程度，从而提高疲劳寿命。
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
李向伟;兆文忠
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2010(031)007
【摘要】Verity方法是计算焊缝疲劳寿命的最新方法.该方法是在有限元计算过程中,将焊趾处结点载荷向单元边分布载荷进行等效转换,以薄膜应力解析公式求解焊趾处结构应力,实现了结构应力对有限元网格不敏感方法.Verity方法还基于Paris 断裂力学公式,推导了以等效结构应力幅为参数的主S-N曲线方程.为验证Verity 方法的有效性,以装甲钢T形焊接接头为对象,进行了仿真计算与疲劳试验.结果表明,采用Verity方法计算结构应力具有网格不敏感特性,根据主S-N曲线方程计算结果与试验值较为接近,和其它传统焊缝疲劳评估方法相比,Verity方法计算精度高,优势明显.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】李向伟;兆文忠
【作者单位】大连交通大学,交通运输工程学院,辽宁,大连,116028;大连交通大学,交通运输工程学院,辽宁,大连,116028
【正文语种】中文
【中图分类】TG405
【相关文献】
1.基于Verity方法的起重机箱型主梁疲劳寿命分析 [J], 陈江义;吕海勇;罗琳丽
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3.基于Verity方法的客车推力杆支座焊缝疲劳预测及结构改进 [J], 贺新峰; 龙爱军; 周宏涛; 李腾
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5.基于三种不同疲劳评估标准的不锈钢车体的焊缝疲劳评估 [J], 王小杰;刘龙玺;赵思聪
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浅谈焊接接头与结构疲劳延寿技术的应用
浅谈焊接接头与结构疲劳延寿技术的应用【摘要】焊接接头在工程领域中扮演着重要的角色，但由于结构疲劳的影响，接头可能会出现损坏导致整个结构的失效。
疲劳延寿技术的应用显得十分重要。
本文首先介绍了焊接接头的概念和疲劳延寿技术的意义，接着探讨了焊接接头在不同领域的应用以及结构疲劳对接头的影响。
然后详细介绍了延寿技术在接头中的作用以及不同应用方法，同时探讨了如何选择合适的延寿技术。
总结了焊接接头与结构疲劳延寿技术的应用意义，并展望了未来在接头疲劳延寿方面的发展。
通过本文的阐述，读者将能够更好地理解焊接接头与结构疲劳延寿技术的重要性，为工程实践提供指导和借鉴。
【关键词】焊接接头、结构疲劳、延寿技术、应用领域、影响、作用、应用方法、选择、意义、发展展望1. 引言1.1 介绍焊接接头的概念焊接接头是指通过熔化金属或者非金属材料，将两个或多个工件连接在一起的一种工艺。
焊接接头是焊接工艺的重要组成部分，广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车制造、造船、桥梁建设等。
焊接接头的质量直接影响到整个结构的安全性和稳定性。
在焊接接头中，常见的焊接方式包括电弧焊、气体保护焊、激光焊等。
不同的焊接方式适用于不同的材料和工件，需要根据具体情况选择合适的焊接方式。
焊接接头的质量受到诸多因素的影响，如焊接工艺参数、材料性能、工作环境等，需要通过严格的质量控制和检测来保证接头的质量。
焊接接头作为连接结构的重要组成部分，在各个领域都发挥着重要的作用。
对焊接接头的质量和可靠性的要求越来越高，需要不断改进焊接工艺和技术，提高接头的耐久性和安全性。
焊接接头的质量关系到整个结构的使用寿命和安全性，因此在工程设计和制造过程中要充分重视焊接接头的质量管理和监控。
1.2 介绍疲劳延寿技术的意义疲劳延寿技术是一种通过改变材料、结构或工艺来延长结构零件的寿命的方法。
在焊接接头与结构中，疲劳是一个常见的问题，特别是在受到频繁加载的情况下，接头容易发生疲劳裂纹和失效。
焊接接头的变温热疲劳行为与寿命预测
焊接接头的变温热疲劳行为与寿命预测引言：焊接接头是工程结构中常见的连接方式，其质量和性能直接影响着工程的安全和可靠性。
在实际工作中，焊接接头常常会受到温度变化的影响，从而引起变温热疲劳行为。
了解焊接接头的变温热疲劳行为并进行寿命预测，对于工程结构的设计和维护具有重要意义。
一、焊接接头的变温热疲劳行为1. 热循环载荷引起的变温热疲劳焊接接头在工作过程中常常会受到温度的周期性变化，这种变化会引起焊接接头的热循环载荷。
热循环载荷会导致焊接接头内部产生应力集中和塑性变形，从而引起热疲劳损伤。
2. 温度梯度引起的变温热疲劳焊接接头在冷却过程中，由于焊接接头不同部位的冷却速度不同，会导致焊接接头产生温度梯度。
温度梯度会引起焊接接头的热应力和变形，从而引起热疲劳损伤。
二、焊接接头寿命预测方法1. 经验法经验法是一种常用的焊接接头寿命预测方法。
根据实际工程经验和试验数据，结合焊接接头的材料和工况条件，通过经验公式或图表，对焊接接头的寿命进行预测。
这种方法简单快捷，适用于一些简单的工程结构。
2. 数值模拟法数值模拟法是一种基于有限元分析的寿命预测方法。
通过建立焊接接头的有限元模型，考虑材料的本构关系和工况条件，对焊接接头的应力、应变和温度分布进行数值模拟。
然后根据材料的疲劳性能曲线，对焊接接头的寿命进行预测。
这种方法可以考虑更多的影响因素，预测结果更加准确。
三、焊接接头寿命预测的影响因素1. 材料性能焊接接头的材料性能对其热疲劳寿命有着重要影响。
材料的强度、韧性和疲劳性能等因素都会影响焊接接头的寿命。
2. 工况条件焊接接头的工况条件也是影响其寿命的重要因素。
工况条件包括温度变化范围、循环次数、应力水平等。
不同的工况条件会导致焊接接头的热疲劳行为不同，从而影响其寿命。
3. 焊接工艺焊接工艺对焊接接头的质量和性能有着重要影响。
焊接工艺包括焊接电流、焊接速度、焊接温度等参数。
不同的焊接工艺会导致焊接接头的组织结构和应力分布不同，从而影响其热疲劳行为和寿命。
焊接接头的疲劳性能研究及寿命预测方法
焊接接头的疲劳性能研究及寿命预测方法引言焊接接头是工程结构中常见的连接方式，其疲劳性能对于结构的安全性和可靠性至关重要。
因此，对焊接接头的疲劳性能进行研究和寿命预测具有重要的理论和实际意义。
一、焊接接头的疲劳性能研究1. 疲劳破坏机理焊接接头在工作过程中，由于受到载荷的作用，会产生应力集中现象，从而导致接头发生疲劳破坏。
疲劳破坏主要包括裂纹的形成、扩展和最终断裂。
2. 影响疲劳性能的因素焊接接头的疲劳性能受到多种因素的影响，包括焊接工艺、焊缝形状、焊接材料、应力水平等。
其中，焊接工艺是影响疲劳性能的重要因素之一，包括焊接温度、焊接速度、焊接电流等。
3. 疲劳试验方法为了研究焊接接头的疲劳性能，通常采用疲劳试验方法。
疲劳试验可以通过施加不同的载荷和循环次数，模拟真实工作条件下的应力变化，从而评估焊接接头的疲劳寿命。
二、焊接接头寿命预测方法1. 经验法经验法是一种简化的寿命预测方法，通过根据已有的试验数据建立经验公式，来预测焊接接头的疲劳寿命。
这种方法的优点是简单易行，但是由于其基于试验数据的经验总结，其适用范围较窄。
2. 统计学方法统计学方法是通过对大量的试验数据进行统计分析，建立疲劳寿命的概率分布模型，从而预测焊接接头的寿命。
这种方法考虑了试验数据的分布特征，能够提供较为准确的寿命预测结果。
3. 数值模拟方法数值模拟方法是利用计算机软件对焊接接头进行有限元分析，通过模拟实际工作条件下的应力分布和变化规律，来预测焊接接头的疲劳寿命。
这种方法具有较高的精度和灵活性，但是需要大量的计算资源和较长的计算时间。
结论焊接接头的疲劳性能研究及寿命预测方法是一个复杂而重要的课题。
通过对焊接接头的疲劳破坏机理的研究，可以更好地理解焊接接头的疲劳性能。
同时，选择合适的寿命预测方法，可以为焊接接头的设计和使用提供科学依据，提高结构的安全性和可靠性。
未来，还需要进一步深入研究焊接接头的疲劳性能，开发更准确、高效的寿命预测方法，以满足不断发展的工程需求。
材料疲劳寿命的预测与优化设计
材料疲劳寿命的预测与优化设计材料疲劳寿命预测与优化设计是工程领域中一个重要的课题。
疲劳是指对材料施加循环应力时引起的损伤与破坏，其影响范围广泛，涉及到航空航天、汽车、机械制造等领域。
通过预测材料的疲劳寿命并进行优化设计，可以提高材料的使用寿命和可靠性，降低设备的维修成本和安全隐患。
一、疲劳寿命预测方法疲劳寿命预测的方法多种多样，常见的包括经验法、应力和变形法、损伤累积法等。
其中，经验法是通过实验数据和经验公式进行预测，适用于简单加载条件下材料的疲劳寿命预测。
应力和变形法则是通过建立应力和变形与材料寿命之间的数学模型来进行预测，主要考虑材料的强度和塑性变形对寿命的影响。
损伤累积法则是通过考虑材料在循环加载下损伤的累积来进行预测，更加全面地考虑了材料的疲劳行为。
二、材料疲劳寿命优化设计疲劳寿命的优化设计是为了提高材料的寿命和可靠性，减少设备的故障和维修成本。
在进行材料疲劳寿命优化设计时，需要考虑以下几个关键因素。
1. 材料强度和韧性材料的强度和韧性是影响疲劳寿命的重要因素之一。
强度高的材料可以抵抗外界应力的影响，延缓材料的疲劳破坏；而韧性好的材料可以在受到应力时具有较好的变形能力，避免应力集中和裂纹扩展。
2. 设计形状和尺寸设计形状和尺寸对于材料的疲劳寿命有着重要的影响。
合理的设计形状可以减少应力集中，并且减小材料在循环加载下的应力幅值，提高疲劳寿命。
此外，适当的尺寸可以避免裂纹的产生和扩展，延长材料的使用寿命。
3. 表面处理和材料工艺表面处理和材料工艺可以显著影响疲劳寿命。
例如，进行表面喷涂、镀层或者热处理等处理可以提高材料的抗氧化、抗腐蚀性能，减少外界环境对材料疲劳的影响；而先进的材料工艺可以提高材料的晶体结构和组织状态，增强材料的机械性能和疲劳寿命。
4. 环境因素环境因素对于材料的疲劳寿命也是一个重要的影响因素。
在设计过程中，需要考虑材料所处的工作环境，包括温度、湿度、腐蚀介质等。
合理选择材料的化学成分、粘合方式可以减少材料在特定环境下的疲劳破坏。
高级焊接培训中焊接结构的疲劳分析与寿命预测
高级焊接培训中焊接结构的疲劳分析与寿命预测焊接结构的疲劳分析与寿命预测在高级焊接培训中起着重要的作用。
随着工程领域对焊接结构性能要求的提高，了解焊接结构在长期使用过程中的疲劳性能变化，以及寿命预测，对于确保结构的安全运行至关重要。
本文将介绍焊接结构的疲劳分析方法和寿命预测技术，并探讨在高级焊接培训中的应用。
一、焊接结构的疲劳分析方法1.1 疲劳理论疲劳理论是焊接结构疲劳分析的基础，它基于材料疲劳断裂机制和循环加载影响。
常见的疲劳理论有极限理论、应力幅值法等。
在高级焊接培训中，学员需要掌握不同疲劳理论的原理和适用范围，以便根据具体工程要求选择合适的分析方法。
1.2 应力分析焊接结构的应力分析是进行疲劳分析的关键步骤。
通过分析焊接接头的工作状态和受力情况，确定焊接结构上的应力分布。
常用的应力分析方法包括有限元法、解析法等。
在高级焊接培训中，学员需要学会使用各种应力分析方法，并能够根据具体工程要求进行合理的应力计算。
1.3 疲劳寿命预测根据疲劳曲线和应力应变分析结果，可以进行焊接结构的疲劳寿命预测。
通过确定焊接结构的应力水平和加载次数，结合材料的疲劳性能曲线，预测焊接结构在特定工况下的寿命。
高级焊接培训中，学员需要熟悉寿命预测的方法和步骤，并能够针对具体案例进行合理的寿命预测。
二、焊接结构疲劳分析与寿命预测的应用案例2.1 航空航天领域在航空航天领域，焊接结构的疲劳分析与寿命预测是确保航天器长期飞行安全的关键。
通过分析焊接结构处于复杂空间环境下所受到的应力，进行疲劳寿命预测，可帮助工程师合理选用焊接工艺和材料，确保航天器在极端工况下的可靠性。
2.2 桥梁工程领域焊接结构在大型桥梁工程中广泛应用，对焊接结构的疲劳性能分析与寿命预测要求较高。
通过对桥梁焊接接头进行应力分析和疲劳寿命预测，工程师可以提前检测出可能的疲劳破坏点，并采取相应的加固和修复措施，保证桥梁的安全运行。
三、高级焊接培训中疲劳分析与寿命预测的教学方法在高级焊接培训中，为了提高学员的实践能力和问题解决能力，可以采取以下教学方法：3.1 理论讲解结合实例分析通过讲解焊接结构的疲劳分析理论，结合实际工程案例，让学员深入理解疲劳分析的原理和方法，并能够根据具体案例进行分析。
焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构架上的应用
的疲 劳强度 一定 低于母 材 的疲 劳强 度．当研 究焊
接结 构 的疲劳 寿命 时 ， 必须把 重点 放在焊 缝上 ， 因
为应 力集 中主要 表 现 在 焊缝 上 ， 以焊接 结 构 的 所 疲 劳破坏 总是从 焊缝 开始 ； 而 ， 然 焊缝疲 劳寿命 的 可靠 预 测 ， 直 是一 个 世 界 范 围 内的难 题 ．就 当 一 前普 遍采 用 的疲 劳评 估标 准 而 言 ， 如北 美 铁 路协 会 Ａ Ｒ标 准 、 国钢结 构疲 劳评 估 标准 （ Ｓ 、 Ａ 英 Ｂ ） 欧
命 预测 一直很 难 深入 展 开 ． 忽 视 焊缝 上 的寿 命 而 预测 ， 者寿命 预测 的偏差 太 大 ， 出 的代 价都 可 或 付
能 很大 ， 因此有 人 将 焊 接结 构 焊缝 细节 上 的疲 劳 破 坏喻为 “ 藏在 细节 中 的魔 鬼 ” 是有 一 定 道 理 的． 最近， 已经 在 线 运 行 多 年 的 ２ ９ ０ Ｔ转 向架 焊 接 构 架 被发现 在横梁 腹板 与侧梁 下盖 板 的焊缝 出现 了 裂纹 （ 参见 图 ２ ， ） 由于它直 接影 响到 了行 车安 全 ，
一
改进 方 案．进 一 步 基 于 国 际 铁 路 联 盟 标 准
（ Ｉ ５ ５ 中对 铁 路 客车 转 向架 焊 接 构 架 规 定 的 ＵＣ １ ） 疲 劳试 验载 荷 ， 又对 原 设 计及 改 进 设 计 的疲 劳 寿 命 与损 伤进行 了计 算对 比 ， 得 出了相应 的结 论 ． 并
敏感 的结构应力法及主 ｓＮ曲线法》 ． 突破 了传统名义应力法 的局限性 ， 在机 车车辆焊接结构抗疲劳设计 过程 中， 具有重要工程推广价值 ．
关 键 词 ： 接 构 架 ； 缝 疲 劳 ；Ｅ 主 ＳＮ曲 线 法 焊 焊 Ｆ Ｍ； —
焊接工程师培训中焊接结构的疲劳寿命评估
焊接工程师培训中焊接结构的疲劳寿命评估焊接工程是一项基础而重要的技术，在各个行业中都得到广泛应用。
而焊接结构的疲劳寿命评估则是焊接工程师培训中必不可少的内容之一。
本文将从焊接结构的疲劳行为、疲劳寿命评估的方法和实践案例等三个方面进行论述，为焊接工程师培训提供相关知识和指导。
一、焊接结构的疲劳行为焊接结构在使用过程中会受到交变载荷的作用，从而导致材料内部发生应力和重新分布，这一过程称为焊接结构的疲劳行为。
焊接结构的疲劳行为与结构的材料性质、几何形状、焊接工艺等因素密切相关。
首先，焊接材料的性质对焊接结构的疲劳行为有着重要影响。
焊接过程中，焊缝及其热影响区域的组织结构会发生变化，形成不均匀的显微组织。
这些显微组织中的缺陷和残余应力会影响焊接结构的疲劳性能。
其次，焊接结构的几何形状也是影响疲劳行为的重要因素。
边缘效应、几何形状的变化以及焊接接头的尺寸等都会对焊接接头的应力分布和疲劳寿命产生影响。
最后，焊接过程中的焊接工艺参数也会对焊接结构的疲劳行为产生重要影响。
焊接工艺参数的不当选择会导致焊接接头的质量问题，如焊缺陷、气孔等。
这些质量问题不仅会降低焊接结构的强度，还会影响其疲劳寿命。
二、疲劳寿命评估的方法为了准确评估焊接结构的疲劳寿命，需要采用科学的方法和技术手段。
下面将介绍几种常用的疲劳寿命评估方法。
1. 实验方法实验方法是评估焊接结构疲劳寿命的直接手段。
通过构建合适的试验装置，对焊接结构施加交变载荷，记录载荷作用下的应力状态和振动情况，从而获得疲劳寿命的数据。
这种方法通常用于焊接结构的疲劳性能评价、材料的疲劳试验等。
2. 数值模拟方法数值模拟方法基于有限元分析原理，通过建立焊接结构的数值模型，模拟焊接结构在交变载荷下的应力分布和变形情况。
通过这种方法可以预测焊接结构的疲劳寿命，并优化焊接设计，提高焊接结构的疲劳寿命。
3. 经验公式法经验公式法是一种简化的评估方法，通过总结和归纳大量的实验数据，建立了一些针对特定结构和材料的经验公式。
焊接接头的疲劳寿命预测与优化方法研究
焊接接头的疲劳寿命预测与优化方法研究引言：焊接接头是工程结构中常见的连接方式，它的质量直接影响到结构的安全性和可靠性。
在实际应用中，焊接接头常常会受到疲劳载荷的作用，长期受力容易导致疲劳破坏。
因此，对焊接接头的疲劳寿命进行预测和优化是非常重要的。
一、焊接接头疲劳寿命的预测方法1.1 经验公式法经验公式法是一种简单而常用的焊接接头疲劳寿命预测方法。
它基于试验数据和经验公式，通过对焊接接头的几何形状、材料性能和载荷条件进行分析，得出疲劳寿命的预测结果。
然而，由于经验公式法没有考虑到焊接接头的细节和复杂性，预测结果的准确性有限。
1.2 数值模拟法数值模拟法是一种基于有限元分析的焊接接头疲劳寿命预测方法。
它通过建立焊接接头的有限元模型，考虑材料的非线性、接触和热力耦合等因素，模拟焊接接头在疲劳载荷下的行为，并预测其疲劳寿命。
数值模拟法可以提供较为准确的疲劳寿命预测结果，但需要大量的计算资源和较长的计算时间。
二、焊接接头疲劳寿命的优化方法2.1 材料优化焊接接头的材料选择对其疲劳寿命有着重要影响。
优选高强度、韧性和抗疲劳性能良好的材料，可以提高焊接接头的疲劳寿命。
此外，采用表面处理、热处理等方法，可以进一步改善焊接接头的材料性能。
2.2 结构优化焊接接头的结构设计对其疲劳寿命同样至关重要。
通过减小焊接接头的应力集中区域、改善焊缝形状、增加半径过渡等措施，可以降低焊接接头的应力集中程度，提高其疲劳寿命。
此外，合理设计支撑结构和增加补强件等方法也可以有效提高焊接接头的疲劳寿命。
2.3 工艺优化焊接接头的工艺参数对其疲劳寿命有着重要影响。
通过优化焊接接头的焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度、焊接温度等，可以改善焊接接头的疲劳寿命。
此外，采用预热、后热处理等工艺措施，也可以提高焊接接头的疲劳寿命。
三、焊接接头疲劳寿命预测与优化方法的应用案例以某桥梁焊接接头的疲劳寿命预测与优化为例，通过数值模拟法建立焊接接头的有限元模型，考虑接头的几何形状、材料性能和载荷条件等因素，预测焊接接头的疲劳寿命。
基于结构应变法的高层钢框架梁柱节点焊缝疲劳寿命评估
基于结构应变法的高层钢框架梁柱节点焊缝疲劳寿命评估基于结构应变法的高层钢框架梁柱节点焊缝疲劳寿命评估近年来，高层钢框架结构在建筑领域得到了广泛应用。
高层钢框架结构以其高强度、轻量化、耐久性好等特点，成为了现代建筑的主要结构形式之一。
然而，在高层钢框架结构中，节点处的焊缝往往成为了结构的薄弱环节，容易产生疲劳损伤。
因此，准确评估高层钢框架梁柱节点焊缝的疲劳寿命对于确保结构的安全可靠性至关重要。
钢结构焊接节点的疲劳寿命评估是一个复杂的过程，需要考虑到结构的动态响应、载荷作用、焊接缺陷等多个因素。
传统的基于试验的疲劳寿命评估方法存在时间长、成本高、难以获取大量数据等问题，因此，基于结构应变法的疲劳寿命评估方法应运而生。
结构应变法是一种通过结构应变监测技术对结构进行评估的方法。
在高层钢框架梁柱节点焊缝疲劳寿命评估中，结构应变法能够实时监测焊缝处的应变情况，提供真实可靠的数据支持。
该方法的基本原理是通过钢结构焊接节点处的应变监测来评估焊缝的疲劳损伤程度，从而预测其剩余寿命。
结构应变法的疲劳寿命评估过程主要包括以下几个步骤：首先，通过合适的应变传感器在焊缝附近布置应变计，并连接到数据采集系统。
其次，对钢结构进行周期性或连续的加载，通过数据采集系统记录下节点处的应变数据。
然后，根据应变数据进行疲劳强度计算，评估焊缝的疲劳寿命。
最后，根据评估结果，决定是否需要进行维修或加固。
基于结构应变法的疲劳寿命评估方法的优点是能够实时监测结构的应变情况，提供了真实可靠的评估结果。
与传统的试验方法相比，该方法不需要进行大量的试验破坏，时间和成本较低，可以高效地评估结构的疲劳寿命。
此外，该方法还能够应对结构的复杂应变状态，如多轴应变、异向性应变等。
然而，基于结构应变法的疲劳寿命评估方法也存在一些挑战和不足。
首先，应变的测量精度对于评估结果至关重要，需要确保传感器的精确性和可靠性。
其次，焊缝的复杂疲劳损伤机理需要进一步研究和理解，以提高评估的准确性。
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。
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车安全 . 采用美国 A SM E 标准中的 5网格不敏感的结构应力法及主 SN 曲线法 6, 对该处焊缝进行了有限 元分析 , 分析计算了该处焊缝焊趾与焊根 上的应力集中 , 也计算了该处焊缝焊趾与焊根 上的疲劳 寿命与 损伤 . 疲劳损伤计算结果与实际开裂情况 相当吻合 . 基于这一方法 , 对改进 设计的疲劳 寿命及损 伤再次 进行了计算 , 结果表明 : 改进方案显著地提高了该处的 抗疲劳破坏 能力 . 上述研究 与验证 表明 : 5网 格不 敏感的结构应力法及主 S-N 曲线法 6突破了 传统名义应力法的局限性 , 在机车车辆焊接结构抗疲 劳设计 过程中 , 具有重要工程推广价值 . 关键词 : 焊接构架 ; 焊缝疲劳 ; FEM; 主 S-N 曲线法 文献标识码 : A
# I(r)
1 m
( 2)
式中 $RS 为结构应力变化范围; t为实际板厚与单 位板厚之比; I ( r ) 为描述载 荷模式效应的函 数, 其中 r 为弯曲比, m = 31 6 . 不难看出 , 新定义的 主 S -N 曲线方 程与 BS 等标准
[ 4]
中基于名义应力 的 S -N 曲线方 程形式
图 2 内侧角焊缝开裂
图 3 原 结构焊根与焊趾结构应力比较
为进一步验证此处疲 劳裂纹从焊缝 焊根开 始 , 基于美国 AS ME1997 年批准的关于计算焊接 结构焊缝疲劳寿命的最新标准 , 采用了 5网格不 敏感的主 S-N 曲线法 6建模与计算, 其相 关内容 将在下一节交待 . 在考虑了装配间隙的有限元模 型中对焊缝建模 , 分别定量地计算了此处焊根与 焊趾的应力集中. 如图 3 所示的计算结果表明, 该处焊根上反映应力集中的结构应力两倍于该处 焊趾上的值 , 疲劳破坏必然从焊根开始.
改进 方 案. 进 一 步 基 于 国 际 铁 路 联 盟 标 准 (U I C 515) 中对铁路客车转向架 焊接构架规定的 疲劳试验载荷, 又对原设计及改进设计的疲劳寿 命与损伤进行了计算对比 , 并得出了相应的结论.
1 焊缝开裂原因分析
图 1 和图 2 是 209T 转向架焊接构架及焊缝 开裂的实物图片 . 焊缝开裂不仅发生在横梁腹板 与侧梁下盖板的内侧焊缝上, 也发生在横梁腹板 与侧梁下盖板的外侧焊缝上.
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从工艺上看 , 横梁与侧梁焊接前 , 是先将侧梁 插入横梁然后组焊. 为了保证顺利装配, 横梁腹板 必须为侧梁下盖板留出足够的装配间隙. 由于多 种原因 , 生产中构架实际间隙大于设计间隙; 从设 计上看 , 横梁腹板与侧梁下盖板板厚方向焊缝为 纯角焊缝, 焊角为 8mm, 考虑装配间隙的存在, 实 际焊角尺寸小于 8 mm. 由于焊 根部位上的焊接 缺陷几乎不可控制, 再加上较大的装配缝隙, 以及 横梁腹板与侧梁腹板刚度不协调 , 此处应力集中 尤其突出, 且焊根上的疲劳强度低于焊趾上的疲 劳强度 , 因此 , 疲劳裂纹必然首先从焊根处产生并 向外扩展, 如图 2 所示 .
第 31 卷 第 6 期 2010 年 12 月
JOU RNAL
大 连 交 通 大 学 学 报 OF DAL I AN JIAOTONG UN I V ERSITY
V o.l 31 N o. 6 D ec . 2010
文章编号 : 1673 - 9590( 2010) 06- 0029- 06
焊缝疲劳寿命预测新方法及其在 焊接构架上的应用
图 7 焊线 1上 结构应力分布对比
图 10 补强板焊缝 ( 焊 线 5 ) 上结 构应力分布
计算结果表明 : 补强板上的焊线结构应力远 低于横侧梁连接处焊缝的计算值 , 这表明补结构 强本身是安全的 .
图 8 焊线 3 上结构应力分布对比较
5 疲劳损伤累积计算结果与对比
上述结构应力的计算对比只证明了补强后应 力集中得到了改善, 然而, 抗疲劳能力究竟提高了 多少, 还必须通过计算疲劳损伤而量化 . 基于文 献提供的主 S -N 曲线方法, 用 U IC515 标准中规定 的疲劳试验载荷加载 , 最后遵照 M in ercs损伤累积 理论, 又分别对原结构和补强方案中上述重要焊 缝的焊趾和焊根进行了疲劳损伤累积计算 . 5 . 1 疲劳载荷计算模型 依据 5U IC515 -46规 定的疲劳 试验载荷 为疲 劳计算载荷 , 其垂向和横向力的动态变化频率相 同 , 相位相同 , 如图 11 所示 . 计算采用三级加载 的方式 , 如图 12 所示. 垂向和横向的动态力分别为: F ZD 1 = F ZD 2 = ? B# FZ = ? 29 . 44 kN F YD = ? 0 . 25 (F Z + 0 . 5m # g ) = ? 18 . 83 kN 基于 M in ercs累积损伤理论的结构损伤为:
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4 原结构与补强结构重要焊缝结构 应力对比
4 . 1 焊趾上的结构应力对比 在横梁与 侧梁连接 焊缝的焊 趾焊线 1 和 3 上 , 原结构与补强方案结构应力的计算比较如图 7 和图 8所示.
根的抗疲劳能力最差 , 计算结果 (参见图 9) 不仅 证明了这一判断 , 同时也证明了补强方案明显地 缓解了该处的应力集中 (降低 30 % ). 4 . 3补强板上焊缝焊趾上的结构应力 通过对结构进行补强, 达到提高结构焊缝寿 命的效果. 但由于在进行结构补强时不可避免地 需要引入新的焊缝 , 因此在评价结构补强后原结 构焊缝疲劳寿命的同时, 有必要对新增加的补强 板周围焊缝进行疲劳评估, 以避免补强板焊缝寿 命低于原结构寿命的情况. 焊线 5 代表补强板与 横梁焊缝的焊趾 , 结构应力的计算结果如图 11 .
S tressM e th od)及他的主 S-N 曲线 ( M aster S-N ) 模 型 , 可以相对准确地计算出空间任意走向的焊缝 的疲劳寿命 . 2006 年 R& D 杂志将该发明列为当 年美国百大发明之一 , 2007 年美国 AS ME 又将其 列为焊接结构焊缝疲劳寿命计算标准 . 2009 年, 又被欧洲列为计算标准, 其学术及工程应用价值 之重大. 因篇幅所限, 此处仅给出主要思路 , 有兴 趣的读者可以详细阅读董平沙教授的一系列研究 [ 1-11] 论文 . 首先, 该方法将焊缝焊趾上的应力分解成两 部分: 一是焊接工艺过程导致的非线性自平衡应 力 , 二是与外力平衡的结构应力; 基于有限元法, 利用焊缝上的结点力一定与外力平衡的条件求得 结构应力; 接着, 基于两阶段裂纹扩展模式及断裂
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5 网格不敏感的主 S -N 曲线法 6的 基本原理
众所周知, 由于焊接过程的热行为复杂, 焊缝
第 6期
梁树林 , 等 : 焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构 架上的应用
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力学表达式 , 积分获得了一个新的定义: / 等效结 构应力 0. 在这个基于断裂力学表达式的等效结 构应力计算公式 ( 2) 中 , 不仅考 虑了焊接接头板 的厚度影响、 载荷模式影响 , 也考虑了应力集中的 影响. 以等效结构应力变化范围 $S s 为参数的主 S N 曲线的焊缝疲劳寿命计算公式为 : N = C 1 /h $S s
的疲劳强度一定低于母材的疲劳强度 . 当研究焊 接结构的疲劳寿命时 , 必须把重点放在焊缝上 , 因 为应力集中主要表现在焊缝上, 所以焊接结构的 疲劳破坏总是从焊缝开始 ; 然而 , 焊缝疲劳寿命的 可靠预测, 一直是一个世界范围内的难题 . 就当 前普遍采用的疲劳评估标准而言 , 如北美铁路协 会 AAR 标准、 英国钢结构疲劳评估标准 ( BS)、 欧 洲标准 ( EN ) , 或国际焊接学会标准 ( II W ) 等, 虽 然对此作了大量的工作, 并获得了广泛应用, 但它 们主要是取靠近焊缝一定距离处的标称应力 ( 名 义应力 ) 来计算其疲劳寿命. 在实际应用中, 这些 标准至少有两个局限性: 一是当焊接接头的几何 形状复杂、 承受的外载荷也复杂时, 很难从上述标 准中找到合适接头类型数据, 如果勉强替代, 必然 产生不可预测的评估偏差; 二是用有限元法计算 广义名义应力时 , 有限元网格划分的大小对该名 义应力结果有较大影响, 其计算结果存在不唯一 性 , 疲劳评估的置信度扰动很大 , 因此预测结果误 差难于控制 . 针对名义应力法远离应力集中的局 限性, II W 给出了几条基于热点应力 ( 或称之为几 何应力 ) 的 S-N 曲线数据 , 为了获得应力集中, 它 要么通过两个或两个以上的名义应力向焊趾处外 推 , 要么通过焊趾处网格细化, 例如在焊趾处利用 子结构技术实现网格细化, 但是其工程应用的局 限性同样不可避免. 5网格不 敏感 的结 构应 力法 及主 S -N 曲 线 法 6是美国新奥尔良大学 P ingsha Dong 博士基于 力学基本原理及大量焊接疲劳试验发明的计算焊 缝疲劳寿命的最新方法. 该方法采用网格不敏感 的结构 应力计 算方法 ( M esh - insensitive S tructu ra l
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3 含焊缝细节的有限元模型及焊线
为了使模型更有价值, 模型中考虑了关注焊缝 的实际情况, 例如装配间隙, 因为这样才能对设计 细节的抗疲劳能力进行有意义的计算与比较. 图 4 为含焊缝且角上有补强板的内外侧有限元网格.
( a) 内侧补强网格
图 6 改 进结构横梁与侧梁补强板上焊线的定义
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0 引言
机车车辆焊接结构可靠性设计的重要指标之 一是其疲劳寿命 , 在复杂的动载荷作用下 , 疲劳破 坏主要从焊缝开始. 但是, 焊接结构焊缝细节对于 疲劳寿命的特殊敏感性, 使得它在设计阶段的寿 命预测一直很难深入展开. 而忽视焊缝上的寿命 预测, 或者寿命预测的偏差太大 , 付出的代价都可 能很大 , 因此有人将焊接结构焊缝细节上的疲劳 破坏喻为 / 藏在细节中的魔鬼 0是有一定道理的. 最近, 已经在线运行多年 的 209T 转向架 焊接构 架被发现在横梁腹板与侧梁下盖板的焊缝出现了 裂纹 (参见图 2) , 由于它直接影响到了行车安全, 尽快寻找出一种新的有效的方法来解决这个问题 已经刻不容缓. 为此, 我们首先对 209T 转向架构 架焊缝开裂进行了原因分析; 然后, 经过认真的考 察 , 引用了美国 2007 年 ASME 标准中最新的 5网 格不敏感的主 S -N 曲线法 6对该处焊缝进行了有 限元建模, 计算其焊缝焊趾与焊根的应力集中 . 基 于这一模型及计算获得的应力集中对比, 确认了