摘要：与传统金属材料/小尺寸疲劳试样不同,焊接结构具有其独特的疲劳特性:裂纹萌生周期短、疲劳寿命主要消耗在裂纹扩展阶段、焊接结构疲劳具有尺寸效应,这些因素导致了动载荷应力幅值为焊接结构疲劳失效的第一驱动力。基于有限元分析的无网格敏感性结构应力法,可有效描述焊接接头位置的动载荷应力。该方法结合国际疲劳设计标准中S-N曲线族与裂纹扩展速率关系,提出一条能够统一描述不同几何形式、不同板厚接头疲劳行为的Master S-N曲线。该方法在2003年SAE"Fatigue Challenge"焊接结构疲劳预测挑战中获得最准确的结果,并已纳入ASME FFS-1标准等国际标准。结构应变方法则是在结构应力方法基础上提出,可以进一步统一描述不同材料焊接构件的高/低周疲劳性能的疲劳评估方法。该方法采用Master E-N曲线将高周疲劳与低周疲劳分析方法统一。目前此方法已经应用于轨道交通、正交异性桥、重型装备等大型复杂焊接结构的疲劳设计与服役寿命预测中,可量化分析焊接变形、焊缝尺寸、熔透率等因素的影响,实现针对复杂焊接结构/接头的抗疲劳设计。

摘要：首次针对铝合金十字接头的疲劳失效模式开展研究.借助有限元分析与疲劳试验相结合的研究手段,首先将传统的热点应力(HSS)与研究中的等效结构应力(equilibrium equivalent traction force/EETS)的应力集中系数对比,证实了EETS分析结果的网格不敏感性.基于此,深入分析十字接头连续板厚度、接头熔深以及加载跨距对焊趾与焊根处应力的影响,并提出有效结构应力(effective traction force)计算焊根开裂角度.结果表明,焊趾处等效结构应力不受连续板厚度、加载跨距与熔深的影响,而在焊根处,各个因素影响不一.疲劳试验与解析预测结果高度一致,承载十字接头焊根开裂角度并非45°.十字接头的抗疲劳设计需综合考虑接头几何特征与焊接质量,必须满足焊趾处等效结构应力(Ss,toe)高于焊根处等效结构应力(Ss,toe).

摘要：针对热加工制造中的热力耦合基础问题,借助基本力学理论,分别研究了一维刚性约束杆、二维平板及满足刚性约束的3-Bar模型在升降温过程中的应力应变演化规律.结果表明,3-Bar模型中加热条带的宽度即为焊接塑性区的宽度;焊接塑性区的纵向残余应力接近材料屈服强度;塑性区大小,塑性区尺寸及其所在位置为焊后变形控制及焊接接头设计关键所在,焊缝塑性区应尽可能接近并对称于结构中性轴分布,以避免产生附加变形;将加热温度峰值与加热宽度输入3-Bar模型,可预测火焰调修控制变形效果.火焰调修时自第二个热循环作用起,残余应力与塑性应变均无法发生改变,调修中反复加热同一区域为无用功.

摘要：针对高速动车组焊接构架角焊缝处应力集中无法采用名义应力法识别的问题,基于结构应力法,将角焊缝焊趾处的非线性应力分解为满足外载荷平衡的结构应力和自平衡的缺口应力,然后根据力的平衡方程得到各节点力及其力矩与线力及其线力矩间的对应关系,进而推导出结构应力的计算公式,并给出角焊缝应力集中识别流程;基于所给出的算法和识别流程,采用C/C++以及ANSYS软件提供的APDL语言开发出焊接结构应力识别专用软件WSS,对某高速动车组焊接构架上诸多角焊缝应力集中进行识别,验证了基于结构应力的角焊缝应力集中识别方法不仅能给出应力集中的具体位置,还能给出具体的应力峰值及其对应的疲劳寿命,可用于优化高速动车组焊接构架的抗疲劳设计。