汽车车架焊接支座的疲劳分析

汽车车架承载焊接接头对保证汽车安全有重要意义。为预测越野车车架焊接支座的疲劳寿命,采用三维弹塑性有限元方法对车架支座进行了应力分析,确定车架支座的受力薄弱环节。根据越野车在不同路面行驶时的载荷谱及支座材料的疲劳性能数据,利用MSC.Fatigue商用软件对车架支座的疲劳寿命进行了预测。计算车架支座在不同存活率下的概率疲劳寿命。分析表明,在焊接质量完好时,越野车支架在三种路面行驶均有较高的疲劳寿命。当车身支架与纵梁连接的上部焊接接头存在咬边焊接缺陷时,将严重降低车架支座的疲劳寿命,必须对有缺陷的焊接接头进行焊补。     

2024-T4铝合金FSW接头疲劳裂纹扩展行为及寿命预测

基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法,对2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹于不同部位的紧凑拉伸试样进行裂纹扩展分析以及寿命预测,并深入分析不同部位裂纹扩展行为存在差异性的原因.结果表明,随着裂纹长度的不断延长,裂纹尖端应力强度因子随之增大,且裂纹向前扩展路径基本沿直线扩展,ABAQUS与FRANC 3D联合仿真方法分析不同部位的裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展路径的理论计算和试验结果基本吻合,验证了分区域进行联合仿真的模型精度满足要求.不同部位裂纹扩展试样寿命预测结果与试验结果的相对误差均在5%左右,对焊接接头分区域联合仿真进行寿命预测是准确可行的.裂纹位于不同部位的扩展试样断口处的疲劳辉纹间距不同导致预制裂纹于3个部位的疲劳寿命由低到高为：热影响区、垂直于焊缝方向、焊核区.     

2219铝合金焊接接头疲劳寿命的计算机预测与试验验证

根据2219铝合金不同疲劳断裂位置的力学性能参数,采用通用法、四点法、改进四点法和混合法对2219铝合金焊接接头的疲劳寿命进行了计算机预测与试验验证。结果表明,疲劳断裂部位的力学性能参数是影响疲劳寿命计算结果的关键因素,采用局部力学性能参数得到的焊接接头疲劳寿命的计算值/试验值的分散性最小,其中改进四点法和混合法计算得到的疲劳寿命与试验值较为接近。     

龙门起重机金属焊接结构疲劳寿命分析

根据50 t×35 m龙门起重机的实际运行工况,对其金属焊接结构进行了有限元分析和动态仿真分析,得到了各种工况下的应力分布以及力-时间历程;把静态应力与力-时间历程相结合,计算出动态应力.在此基础上,利用国际焊接学会提供的疲劳寿命S-N曲线,对金属焊接结构进行疲劳寿命分析,得出其疲劳寿命分布云图.结果表明:柔性腿上部变截面处为疲劳薄弱部位,节点5031疲劳损伤最为严重,寿命为1.09×106次循环.     

Zr-Sn-Nb合金焊接接头的应变疲劳特性

采用板材试样,研究了Zr-Sn-Nb合金焊接接头在室温和375℃温度下的应变疲劳行为并和光滑样品进行了比较.结果表明,焊接试样的疲劳寿命不足光滑试样的一半,无论是在室温还是375℃,纵向试样的疲劳性能明显优于横向试样;其循环塑性应变幅与疲劳寿命之间遵循Coffin-Manson关系;焊接接头在不同温度和应变条件系,表现出不同的循环变形特征.观察了焊接样品的形貌,分析了断口特征.     

焊接结构模态结构应力法程序开发及工程应用

主S-N曲线法作为疲劳计算的新方法在焊接结构疲劳分析中被广泛采用.为了实现该方法在试验载荷下基于稳态动力学计算结果开展焊接结构疲劳寿命预测,首先引入台架模型作为边界条件,实现将试验载荷作为仿真分析的输入,基于模态叠加法的稳态动力学理论获得较准确的焊缝动态响应.其次在主S-N曲线法的准静态计算流程基础上,扩展其内涵,提出基于模态结构应力叠加的动态结构应力计算方法,该方法将稳态动力学计算的模态坐标与焊缝的模态结构应力进行叠加,实现动态结构应力计算及动态等效结构应力计算,再采用主S-N曲线进行寿命评估预测.进一步开发了焊接结构模态结构应力法疲劳评估软件,基于该软件开展了车体疲劳评估和疲劳试验对比.结果表明,该方法比传统方法更能有效地识别出动态加载下车体的疲劳破坏部位,验证了该方法在试验动态载荷加载下开展焊接结构疲劳评估的有效性和优越性,为研究焊接结构疲劳寿命评估理论和拓展主S-N曲线法提供了技术基础.     

基于质量模糊评判模型的焊缝疲劳寿命评估

焊接结构质量分级评定存在大量的不确定性,主要表现为各种焊接缺陷的模糊性.文中运用模糊数学原理,提出了焊接质量模糊综合评判模型,根据国家标准GB3323—2005,建立了焊缝质量分类因素集、评判集及权重向量,并进行模糊综合评判.按最大隶属度原则,确定焊缝质量等级,从而对焊缝疲劳寿命进行定量修正.最后以BS7608-1993英国钢结构疲劳设计与评估使用标准及实际算例,说明了基于质量模糊评判模型的焊缝疲劳寿命评估流程.结果表明,该计算模型可行,计算结果合理.     

Silver Bridge坍塌事件——焊接疲劳缺陷惹的祸

生活中人们经常和“疲劳”打交道，小到铁丝断裂、自行车链条损坏；大到飞机失事、桥梁倒塌、船舶沉没，都是“疲劳”在作祟。而焊接结构由于焊接缺陷的存在，更易发生疲劳失效。由钢结构搭建而成的Silver Bridge就曾因为疲劳失效而坍塌，给人们带来血与泪的教训。因此，掌握焊接结构疲劳寿命的计算和延长寿命的方法，才能够让焊接结构更安全、更可靠地为社会发展做贡献。     

焊接结构主S-N曲线拟合方法及软件开发

主S-N曲线法是当前焊接结构疲劳计算的新方法，在焊接结构疲劳分析中被广泛采用. 该方法以等效结构应力为核心参量，实现了以一条S-N曲线计算不同载荷模式和焊接形式结构的疲劳寿命. 依据主S-N曲线法，利用不同材料和焊接形式的疲劳试验建立了焊接结构疲劳试验数据库. 考虑厚度、弯曲比及多轴应力等修正参量的影响，采用最小二乘法原理，研究了不同主S-N曲线方程的拟合方法及其标准差. 在此基础上，开发了主S-N曲线拟合方法的专用软件. 基于VC++编程环境实现了名义应力、结构应力、等效结构应力、剪切结构应力、多轴结构应力及初始裂纹修正等主要计算功能. 基于该软件，完成了试验数据的多参量的对比分析，为研究焊接结构疲劳寿命评估及影响因素分析提供了技术基础.     

小型贯流式锅炉焊接部位疲劳寿命有限元分析

锅炉集箱焊接部位的疲劳寿命是影响其整体使用寿命的主要因素之一,而疲劳失效是集箱部位较为常见的失效形式。为了探究焊接影响因素对小型贯流式锅炉焊接部位疲劳寿命的影响,基于ANSYS-Workbench对27组试验组合进行了疲劳寿命分析,结果表明,焊缝布置位置、焊脚尺寸和焊趾过渡圆弧半径3个因素对T形焊接接头疲劳寿命的影响显著,影响的主次顺序为焊趾过渡圆弧半径、焊脚尺寸和焊缝布置位置,且在一定范围内三影响因素与T形焊接接头的疲劳寿命满足一定的函数关系式。结合工程实际,为使焊接部位获得较好的疲劳寿命,最佳的焊接组合建议采用焊缝布置于集箱内侧,焊脚尺寸取10.5 mm,焊趾过渡圆弧半径取2.5 mm的焊接工艺。     

基于混合硬化模型的Ti-6Al-4V低周疲劳损伤分析

以连续损伤力学(CDM)为基础,根据Ti-6Al-4V钛合金应变疲劳试验结果,改进了Krajcinovic和Lemaitre提出的损伤本构模型,并拟合确定了损伤模型参数;将该损伤本构模型编写为USDFLD子程序并耦合到ABAQUS有限元软件中. 使用Chaboche非线性随动强化和非线性各向同性硬化的混合硬化模型来描述Ti-6Al-4V钛合金的弹塑性行为,并拟合确定了混合硬化模型参数. 模拟了材料在不同应变幅下的低周疲劳损伤演化. 结果表明,损伤模型预测寿命和试验寿命吻合较好,对比试验和模拟结果可以发现,损伤模型预测寿命的平均误差为3.878%.     

P92钢焊缝金属高温低周疲劳行为分析

P92钢常用于锅炉高温、高压主蒸气管道等部件,其焊接接头性能的优劣直接关系到机组的安全可靠运行. 文中通过P92钢焊缝金属在630 ℃下的低周疲劳试验,研究了低周疲劳行为及其循环应力应变关系,采用塑性应变能密度对其低周疲劳进行了寿命预测,并根据断口形貌,分析了P92钢焊缝金属的断裂机理. 结果表明,P92钢焊缝金属表现出循环软化特征;其低周疲劳寿命与应变幅值满足Coffin-Manson关系;采用塑性应变能密度的方法可以很好地预测P92钢焊缝金属低周疲劳寿命. 二次裂纹密度的增加是其在高应变幅下寿命下降的主要原因.     

基于数值仿真的防波板焊接结构圆弧过渡分析

为提升路面洗扫机械的水箱在服役过程中的可靠性,针对水箱中防波板焊接结构在水流冲击载荷下出现疲劳裂纹失效问题,在立板根部采用圆弧过渡的结构优化方案,以降低焊接结构的应力集中程度,从而提升防波板的使用寿命。采用有限元仿真系统地分析了过渡圆弧位置和半径对应力分布的影响规律。仿真结果表明,焊接结构应力集中导致防波板抗疲劳性能弱化,而圆弧过渡结构对应力集中效应具有明显的缓解作用,其缓解程度与圆弧位置和半径有显著的关联。随着圆弧与焊道距离的减小或者圆弧半径的增加,防波板应力集中降低,载荷由低周疲劳向高周疲劳的转变越明显。     

超长寿命区间16Mn钢焊接接头疲劳性能

使用自行研制的TJU-HJ-Ⅰ型超声疲劳试验系统装置进行了16 Mn钢母材和焊接接头试件的超声疲劳性能试验,以探索其在超长疲劳寿命区间的疲劳行为.结果表明,无论母材还是焊接接头,其S-N曲线都是一条连续下降的曲线;在106～107循环周次范围内焊接接头不存在传统概念上的疲劳极限,载荷循环周次超过107甚至109以后,试件依然发生疲劳断裂.在超长寿命区间,焊接接头疲劳强度远低于母材的疲劳强度.使用现有疲劳极限数据去设计工作在超长寿命区间的焊接结构件是很危险的.     

Combine S-N curve and fracture mechanics for fatigue life analysis of welded structures

Based on the evolution of fatigue cracks in welded structures, the fatigue life of welded structures was defined as the sum of the crack initiation life N_i and the crack propagation life N_p. Correspondingly, a fatigue-life analysis method combining S-N curves and fracture mechanics theory was proposed. The equivalent structural stress method and the lower 99% boundary of the master S-N curve were used to evaluate N_i, and cracks at the end of the initiation stage were considered as semi-elliptical surface cracks. Moreover, Paris equation and the stress intensity factor range of the cracks were used to evaluate N_p. Furthermore, the fatigue test results obtained from the running girder of cranes were used as a reference for comparison and verification of the results. The results revealed that the equivalent structural stress is a good indicator for the crack initiation behavior of complex welded structures. In addition, the predicted fatigue life corresponded closely to the testing life.     

焊接结构断裂寿命估算的试验研究

以天然气输送管道和桥梁为典型构造，对其对接接头进行疲劳裂纹扩展速率的实测，并按国内外标准进行断裂寿命估算，绘测出应力幅与寿命的关系曲线，从而给出了焊接结构寿命估算的完整方法。     

气孔对铝合金焊接接头超长疲劳寿命的影响

采用超声疲劳试验方法对铝合金5052-H32焊接接头进行疲劳试验,研究其在超长寿命区间(107~109周次)的疲劳强度及失效机理.结果表明,相同疲劳寿命下焊接接头疲劳强度较母材下降了73.3%,在超高周疲劳区间仍然会发生疲劳破坏;断口观察发现焊接缺陷(气孔)是诱发疲劳裂纹萌生的主要原因.为揭示焊接缺陷对焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响,采用有限元技术分析了气孔对应力集中系数和裂纹尖端应力强度因子的影响.最后讨论了焊接缺陷对疲劳寿命的影响机制及裂纹扩展特性.     

含孔洞缺陷焊接接头放电强化及疲劳寿命分析

针对焊接接头中存在的孔洞等形式的缺陷,利用自制的ZL-2型超强脉冲放电装置对含孔洞缺陷的9CrSi合金工具钢焊接接头进行了电磁热强化试验,并在自制的疲劳试验机上对放电前后焊接接头的疲劳寿命进行了对比分析,从理论上计算了含孔洞缺陷焊接接头放电瞬间的综合应力强度因子.结果表明,放电电压对疲劳寿命的影响存在最优值,在5.5 kV脉冲放电电压作用下,放电后的焊接接头平均疲劳寿命比放电前提高了10%以上,理论计算的电热应力强度因子为负值,削弱了裂纹扩展的驱动力,进而延长了试件的疲劳寿命.     

Einfluß von Prüffrequenz und Salzgehalt des Korrosionsmediums auf die Korrosionsermüdung von Stählen bei betriebsähnlichen Lastabläufen

Influence of test frequency and NaCl-concentration on the fatigue life of steels under a realistic load sequence Because of the size and fatigue life of offshore structures the corrosion fatigue behaviour of those structures cannot be determined under service conditions. Also for the relevant corrosion fatigue tests in the laboratory using welded joints a compromise has to be found to reduce testing time to an economic justifiable amount. This compromise may be a higher stress used in the test, a higher test frequency or a higher concentration of NaCl in the seawater. The influence of test frequency and NaCl concentration on the fatigue life of fillet welded V-shaped specimens made from Fe E 355 KT was determined in artifical seawater and under a realistic load sequence. The fatigue life was separated into the crack initiation phase and the crack propagation phase as well. Mean frequencies of 0.2 Hz, 1.0 Hz and 10 Hz did not affect the fatigue life of welded joints until crack initiation, while low test frequencies of 0.2 Hz and 1.0 Hz accelerated the crack propagation. Higher NaCl-concentration of the seawater, however, had no effect on the fatigue life in both phases.     

考虑温变效应的搅拌工具磨损有限元分析

根据搅拌摩擦焊接过程材料热物参数温变特性，基于库伦摩擦做功和经典Archard磨损理论，分别建立了6061铝合金薄板搅拌摩擦焊热源修正模型和搅拌工具H13模具钢磨损模型，并嵌入到Deform有限元仿真软件中，模拟了有无考虑温变下搅拌工具的磨损量分布形貌和磨损规律. 结果表明，两种情况下搅拌工具磨损量分布形貌基本一致，温变效应使得搅拌工具和接头材料间力热作用加剧，在焊接过程中，搅拌工具的磨损系数对温变效应的敏感性要大于材料硬度的变化. 考虑温变效应的搅拌工具磨损模型能更加反映其磨损变化规律，具有较高的磨损预测精度.