基于等效结构应力的钢吊车梁焊缝疲劳分析

介绍等效结构应力法对焊缝疲劳评定的原理,以T型焊接接头对比验证等效结构应力法具有网格不敏感.然后以某钢吊车梁作为研究对象,对其进行了静力分析,并且利用有限元分析软件ANSYS/FE-SAFE对吊车梁主焊缝进行了评定.最后,考虑焊接残余应力的影响,对焊缝疲劳寿命进行评估.研究表明,基于等效结构应力法进行焊缝疲劳评定得到的疲劳寿命对网格大小不敏感;残余应力的存在降低了焊缝的疲劳寿命.     

基于有效缺口应力法的钢桥焊接细节疲劳分析

为了验证有效缺口应力法对于钢桥焊接构造细节疲劳寿命评估的适用性,简化基于S-N曲线的疲劳寿命评估程序,开展3种典型钢桥焊接构造细节在应力比为0.1的条件下的高周疲劳试验.采用ABAQUS有限元分析局部有效缺口应力,得到不等厚对接焊接接头、十字形非传力角焊缝接头和十字形传力角焊缝接头疲劳试样的有效缺口应力S-N曲线,探讨局部有效缺口应力对焊接接头失效模式的影响.结果表明,焊接位错量会严重影响十字形传力角焊缝接头的失效模式,采用有效缺口应力法可以有效地区分焊根或焊趾失效;名义应力S-N疲劳设计曲线与有效缺口应力FAT225疲劳设计曲线相比,具有更高的安全保证.3种构造细节的有效疲劳试验数据表明,采用有效缺口应力FAT200疲劳设计曲线更合理.     

客车骨架接头焊缝间距对疲劳性能的影响

应用梁壳混合模型,对客车骨架接头局部结构的疲劳特性进行了分析,重点研究了接头焊缝间距对疲劳性能的影响.通过提取客车侧围结构接头的局部模型,进行不同焊缝间距疲劳性能的对比研究,初步总结了接头局部疲劳寿命随焊缝间距变化规律,为客车结构的疲劳可靠性设计提供参考.     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场.基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响.结果 表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发...     

基于八节点二次壳单元的等效结构应力法

基于八节点二次壳单元的节点力和节点力矩,导出了焊趾截面上的分布线力与分布线力矩,进而分别针对闭合焊缝和非闭合焊缝对线力和线力矩进行了单元集成.以T型焊接接头为研究对象,验证了基于八节点二次壳单元的焊趾结构应力对单元类型与网格尺寸的不敏感性,并根据已有结果验证了其有效性.对RHS管接头T型焊缝两条焊趾的结构应力进行了计算,发现若圆弧拐角处的网格过于稀疏将引起单元中间节点的结构应力产生较大波动,该问题可以通过网格加密得以解决;利用等效结构应力与主S-N曲线,对RHS管接头的疲劳失效位置与疲劳寿命进行了预测,数值结果与实验测试数据基本吻合.     

钢箱梁横隔板-U肋交接部位疲劳应力有限元分析

为探索钢箱梁横隔板-U肋交接部位疲劳应力(包括焊接接头热点应力以及钢板母材疲劳应力)的有限元分析方法,采用ABAQUS分别建立钢箱梁体壳混合有限元模型和纯板单元模型,计算轮载作用下的构造疲劳应力,分析了单元类型、网格精度及表面外推方法对计算疲劳应力的影响.得到以下结论:1)单元类型与网格尺寸是构造细节计算疲劳应力的主要影响因素,外推方法对热点应力也存在较大影响;2)热点应力计算建议采用高阶的四面体或六面体单元,局部单元网格划分至1/4板厚;3)采用表面外推法计算焊趾热点应力时,应力取值点宜位于距焊趾0.5t(t为板厚)以外,建议采用DNV等船级社推荐的三点二次外推法,该结论对于焊缝a类、c类热点均适用;4)对于弧形切口母材局部应力,采用体单元时单元应划分至1.3mm,采用板单元时应划分至0.3mm,板单元计算应力较体单元普遍偏小,建议采用二阶体单元以准确模拟板厚方向的非线性应力分布.     

基于ANSYS的MONEL-400合金中厚板CMT数值模拟

为获得中厚板CMT残余应力分布规律,进一步了解CMT焊接的优越性,基于ANSYS有限元分析软件,以体生热率做热源,以"生死单元技术"模拟焊缝的生成,对MONEL-400平板CMT焊接进行数值模拟.通过分析模拟结果得到CMT焊接温度场和应力场;通过分析残余应力数据发现CMT对焊件的纵向应力影响较大,该方向在焊缝中心产生的最大残余应力达261 MPa;通过与普通对接焊模拟结果对比发现,CMT可减小焊接塑性变形区的宽度,焊件性能更优越.     

DH36高强度船板钢对接焊残余应力与变形数值模拟与试验分析

为了解某大洋开采船钻台面分段合拢焊缝产生的焊接变形和残余应力,对局部焊接接头结构即DH36高强度船板钢多层多道对接焊产生的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和试验分析。为了提高数值模拟的准确性,基于热弹塑性理论,以SYSWELD软件为计算平台,建立了基于固态相变的三维“热-冶金-机械”耦合的多物理场热弹塑性有限元计算方法。数值模拟与试验结果表明,DH36多层多道对接焊主要产生角变形;焊缝及近焊缝区沿着焊接方向的纵向残余应力主要为拉应力;横向残余应力分布比较复杂,沿着中央横截面上表面除了在最后一道焊缝及其附近是压应力其余为拉应力。数值模拟与试验结果误差很小,考虑固态相变因素的热弹塑性有限元法可以对焊接变形和残余应力进行准确的预测。     

考虑两种焊缝连接的钢桥节点残余应力分析

对同时考虑角焊缝与对接焊缝连接的铁路钢桥节点的焊接残余应力进行了研究。以某钢桥节点为工程背景,依据铁路钢桥的制作方法、施工顺序及电弧焊的工艺参数,采用有限元分析软件建立该铁路钢桥节点的三维热力学有限元实体模型,对钢桥整体节点同时考虑角焊缝与对接焊缝连接的焊接残余应力分布进行了数值模拟,并将模拟的结果与不考虑对接焊缝的残余应力结果进行对比分析。数值结果表明:对接焊缝与角焊缝相交处出现拉压交替复杂的应力状态,并且残余应力峰值也有所增大。     

铝锂合金2198-T8机身整体搅拌摩擦焊接壁板的疲劳性能研究

采用铝锂合金2198-T8,对未来搅拌摩擦焊接机身整体壁板的结构形式进行了设计,并把机身整体焊接壁板的结构形式简化为2种典型试验构型。采用中子衍射方法测得铝锂合金2198-T8单焊缝和双焊缝板的残余应力分布,并对2种试验件的残余应力分布进行了研究;对2198-T8母材和2种典型焊接试验件进行疲劳试验,测得不同尺寸的试验件裂纹扩展速率,并进行对比分析。采用ABAQUS软件建立了有限元数值计算模型,计算出2种情况下由残余应力引起的应力强度因子(Kresidual),研究了残余应力对于疲劳各参数的影响,采用Newman闭合模型计算出2种模型的疲劳寿命,并和试验寿命相对比。试验和数值结果表明:双焊缝试件的疲劳寿命比单焊缝试件长4倍;残余应力的存在改变了疲劳参数分布。     

铸钢节点对接焊缝有效缺口应力分析

为了研究铸钢节点对接焊缝的疲劳性能和寿命评估方法,对一种常用的铸钢热轧钢对接焊缝试件进行了疲劳试验研究,得到了刚度、位移与疲劳寿命阶段之间的关系。根据疲劳试验现象和断面的电镜扫描结果,提出了该类试件的疲劳失效机理。此外,采用有效缺口应力法预测了铸钢节点对接焊缝的疲劳寿命,并在考虑了平均应力和焊接残余应力的前提下,提出了改进的有效缺口应力法,分别将预测结果与实测疲劳寿命进行了对比。研究结果表明：铸钢节点对接焊缝的疲劳过程可分为稳定阶段和断裂阶段。稳定阶段占总寿命比例≥80%,断裂阶段≤20%。有效缺口应力法能在一定程度预测疲劳寿命的变化趋势,但结果偏危险,改进的有效缺口应力法能提供较安全的预测结果。     

7A52铝合金双丝MIG焊接温度场及残余应力场数值模拟

运用大型有限元模拟分析软件ABAQUS,采用双丝MIG焊接方法,对7A52超硬铝合金的平板对接接头温度场和残余应力场进行数值模拟。模型选用三维实体单元,考虑了材料物理性能随温度变化的影响,借助Fortran语言添加DFLUX用户子程序完成热源模型的添加过程,利用单元“生死”及“追踪”模拟焊接过程。得出了三维温度场及残余应力场云图,并对数值模拟结果进行分析。     

斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳试验研究

以板桁斜拉桥的Q500qE正交异性钢桥面板作为研究对象,采用足尺节段模型疲劳试验和数值模拟的方法,对具有宽U肋的正交异性钢桥面板关键细节的疲劳性能进行研究. 通过施加预应力的方法模拟桥面板的轴压力. 3个试验模型总计进行650万次变幅疲劳循环加载. 研究结果表明,嵌补段焊缝初始裂纹以宏观长裂纹的方式出现在腹板下缘,荷载幅越大,初始裂纹越长;宽U肋嵌补段腹板和底板的裂纹扩展可以分为4个阶段,各阶段间有明显的分界点;裂纹扩展速度与裂纹扩展长度正相关;轴压力增大了嵌补段裂纹扩展速度;对设置了焊接垫板的宽U肋嵌补段的焊缝余高进行铲除并磨平处理可以提高焊缝细节的疲劳强度. 推荐采用我国公路钢桥结构设计规范（JTG D64-2015）中110类细节疲劳强度设计宽U肋嵌补段对接接头焊缝.     

正交异性板疲劳分析及构造细节改进设想

针对正交异性钢桥面板疲劳开裂的普遍现象,对正交异性钢桥面板疲劳构造细节进行分析,重点讨论了几种典型的疲劳裂纹易发生部位及其失效模式.根据现场实测轴载谱,利用有限元软件对某实桥典型疲劳细节的疲劳寿命进行了计算.分析结果表明:按照国外规范计算,该桥疲劳验算点寿命能够满足要求,但是按照该桥实测轴载进行疲劳验算,纵肋对接焊缝、纵肋与顶板焊缝细节则均不能够满足要求.为提高正交异形板抗疲劳性能,需减少焊缝或提高焊缝抗力,并提出了两种新的构造细节的改进设想.     

100m~3中压12CrMo储罐焊缝及其结构设计

分析了12CrMo的焊接性,并对100 m3中压12CrMo储罐主要焊缝进行焊接工艺及结构设计,提供了针对中厚壁纵缝、环缝对接接头及异种金属角接接头的焊接工艺,并分析了异种金属焊接难点,对相关从业人员具有一定借鉴作用.     

焊接构造对T型接头超低周疲劳性能的影响

为了研究焊接细节对钢结构超低周疲劳性能的影响,以T型接头为对象,在通用有限元程序Abaqus平台上,开发基于Arlequin算法的结构多尺度计算程序. 利用多尺度算法,开展焊接接头的局部弹塑性有限元分析. 比较焊趾半径、厚钢板未熔透长度及焊趾表面凹凸对局部塑性应变履历的影响,利用Coffin-Manson模型对T型接头的超低周疲劳特性进行定性讨论. 数值计算结果表明,焊趾位置是焊接接头的超低周疲劳易损位置,厚钢板的未熔透长度对焊接部位局部塑性应变的影响不大;焊趾半径对焊趾局部塑性应变有较大的影响,增大焊趾半径可以有效提升钢结构在循环荷载下的超低周疲劳性能;焊趾表面的平整性是影响焊趾局部塑性应变履历的重要因素,尖锐的凹坑会明显降低焊接接头的超低周疲劳性能,磨平的焊趾表面可以减少局部塑性应变,提高接头的超低周疲劳强度.     

冷轧薄板压平缝焊接头力学行为的有限元分析

采用有限元法对冷轧薄板窄搭接压平焊缝接头力学行为进行了分析;根据平均Missess应力及位移场结果分别计算了相应的应力集中系数及强度因子K,着重考察了裂纹长度、裂纹与板面夹角及接头搭接量对应力集中系数尤其是对应力强度因子的影响．结果表明：裂纹长度和裂纹与板面夹角对应力场有较大影响而搭接量则几乎没有影响．随着裂纹长度的增加,裂纹与板面夹角的增大,应力集中系数与K增加．计算结果为焊接工艺优化及焊缝质量的判别提供了依据．     

基于椭球面强度模型的钢框架梁柱节点断裂分析

利用软件ANSYS的参数化设计语言APDL和用户编程功能UPFs,将建议的静水应力型椭球面屈服模型编制成子程序模块,通过ANSYS软件的开放式接口,实现了程序编制.通过对梁柱节点试验的数值模拟和分析,得出了等效考虑焊接残余应力和焊接缺陷的对接焊缝断裂因子修正系数.对钢框架梁柱狗骨式节点进行了基于椭球面强度模型的数值模拟和断裂分析,结果显示：狗骨式节点在梁翼缘削弱截面形成塑性铰,大大降低了对接焊缝的断裂因子幅值.狗骨式节点滞回曲线饱满,延性较好,且承载力和刚度较常规节点下降不多.     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象。局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏。在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅(S-N曲线方法)确定其疲劳寿命。在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围的应力集中系数。本文对4个环口板加固T型圆钢管节点试件以及相应的4个未加固试件的应力集中系数进行了试验研究。通过试验测试和结果分析,得到了轴向荷载下环口板加固试件及未加固试件沿焊缝的应力集中系数分布,通过比较发现,环口板加固后的T节点试件的应力集中系数相对于未加固试件有明显减小,说明这种加固措施可以提高管节点的疲劳寿命。     

对接斜焊缝的强度计算

本文对钢结构中常用的对接斜焊缝连接的受力性能进行了分析,考虑法向应力与剪应力的联合作用,提出了对接斜焊缝的强度计算公式和不需要进行强度计算时需满足的条件。