基于等承载原则的力学性能不均匀的对接接头抗疲劳设计研究
发布时间：2021-03-22 08:44
疲劳载荷是焊接结构服役过程中最为常见的承载类型,通过焊接结构设计提高焊接结构的疲劳承载能力对于焊接结构服役安全具有重要的理论和工程意义。由于焊材选择和焊接热循环的影响,材料力学性能不均匀现象在焊接接头中普遍存在,且力学性能不均匀性会对焊接接头的力学性能和承载能力产生重要影响。传统的焊接接头抗疲劳设计方法大多将接头简化为与母材强度一致的均质材料进行疲劳评定和抗疲劳设计,忽略力学性能不均匀对焊接接头疲劳承载能力的影响。这种简化的设计方法对于等匹配或高匹配焊接接头而言或许可以保证接头的安全性,但若直接用于低匹配焊接接头抗疲劳设计会导致设计结果不安全。为解决考虑力学性能不均匀性时焊接接头的抗疲劳设计问题,本文基于等承载能力原则开展对接接头抗疲劳设计方法的研究。本文基于三维弹性理论研究了材料力学性能不均匀对界面附近应力分布的影响,为接头抗疲劳设计奠定基础。研究发现,异质材料所构成的界面附近的应力分布受控于界面两侧材料的性能差异,其可以用界面应力系数来表征,并且发现当界面两侧材料的泊松比和杨氏模量的比值相等时界面应力系数为零,说明此时材料性能差异的影响消失。研究通过调整几何参量来改变非均质焊接接头...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
横疲劳应力幅下钢结构名义应力S-N曲线族[21]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文图1-1横疲劳应力幅下钢结构名义应力S-N曲线族[21]Fig.1-1FatigueresistanceS-Ncurvesforsteel,normalstressapplications[21]图1-2疲劳恒应力幅下铝合金结构名义应力S-N曲线族[21]Fig.1-2FatigueresistanceS-Ncurvesforaluminium,normalstress[21]1.2.2.2局部应力法简单结构和良好载荷是应用名义应力法进行焊接结构疲劳设计和评定的约束条件，而随着世界各国工业水平的不断发展，越来越多的大型复杂工程结构件被设计研发出来，并且其实际服役载荷大多是复杂且随机的[23,24]。在这种情况下，名义应力法的预测结果偏差较大，不再能够很好的满足工程设计人员的需求。研究者们发现，大部分情况下，对于焊接结构尤其是大型复杂焊接结-4-
第1章绪论构，其疲劳性能最为主要的影响因素是应力集中程度[25,26]。一种焊接结构或机械结构，其最大疲劳强度实际上决定于结构应力集中程度最为严重的部位，因为工程结构往往就在该部位发生疲劳失效断裂。所以如果能够成功分析并表征结构的最大应力集中程度及其所在部位，然后建立该应力集中程度与结构疲劳寿命的关系，就可以更加准确的预测结构疲劳寿命及失效破坏位置。基于这一认识，研究者们将研究重点投向结构应力集中程度的分析和表征，局部应力法应运而生。目前表征焊接结构应力集中程度的参数包括被列入IIW焊接结构疲劳设计规范中的结构热点应力（如图1-3所示）、等效缺口应力（如图1-4所示），近几年发展起来并被写入美国ASM标准中的具有有限元网格不敏感性的结构应力[27]（如图1-5所示），以及应力集中系数[28]、缺口应力强度因子[29]等，本文将这些参数统称为局部应力。通过建立这些局部应力与结构疲劳寿命的关系，就可以得到不同结构的局部应力-疲劳寿命曲线，基于结构局部应力-疲劳寿命曲线进行结构疲劳设计和评定的方法可以统称为局部应力法。目前标准中列举的局部应力法包括结构热点应力法，等效缺口应力法、结构应力法等等。图1-3结构热点应力定义[21]Fig.1-3Definitionofstructuralhot-spotstress[21]图1-4焊根和焊趾处的等效圆弧[21]Fig.1-4Fictitiousroundingofweldtoesandroots[21]局部应力法相较于名义应力法，更加科学的考虑了焊接结构局部应力集中程度对焊接结构疲劳寿命的决定性影响，因而对结构的疲劳寿命预测相对更为-5-
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接接头热影响区裂纹启裂行为的探讨[J]. 凌堃,黄笑梅. 焊接学报. 2019(01)
[2]900MPa高强钢低匹配焊接研究及应用[J]. 赵俊丽,尹永霞. 焊接技术. 2009(09)
[3]基于等承载能力原则的低匹配对接接头设计[J]. 赵智力,杨建国,方洪渊,伍芳斌. 焊接学报. 2008(10)
[4]金属疲劳极限与静强度的相关性[J]. 高玉魁,姚枚,邵培革,王仁智. 机械强度. 2001(01)
[5]单轴载荷下的无限寿命疲劳设计方法与设计数据[J]. 赵少汴. 机械设计. 1999(09)
博士论文
[1]低匹配焊接接头弯曲等承载设计及随焊整形[D]. 王佳杰.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于断裂参量K因子的焊接接头等承载设计[D]. 王涛.哈尔滨工业大学 2012
[3]基于等承载能力原则的高强钢低匹配焊接接头设计[D]. 赵智力.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于断裂参量K的船用945钢对接接头抗冲击等承载设计[D]. 雷靖.浙江工业大学 2016
[2]冲击载荷下高强钢对接接头的等承载设计[D]. 相靓宇.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3093955
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
横疲劳应力幅下钢结构名义应力S-N曲线族[21]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文图1-1横疲劳应力幅下钢结构名义应力S-N曲线族[21]Fig.1-1FatigueresistanceS-Ncurvesforsteel,normalstressapplications[21]图1-2疲劳恒应力幅下铝合金结构名义应力S-N曲线族[21]Fig.1-2FatigueresistanceS-Ncurvesforaluminium,normalstress[21]1.2.2.2局部应力法简单结构和良好载荷是应用名义应力法进行焊接结构疲劳设计和评定的约束条件，而随着世界各国工业水平的不断发展，越来越多的大型复杂工程结构件被设计研发出来，并且其实际服役载荷大多是复杂且随机的[23,24]。在这种情况下，名义应力法的预测结果偏差较大，不再能够很好的满足工程设计人员的需求。研究者们发现，大部分情况下，对于焊接结构尤其是大型复杂焊接结-4-
第1章绪论构，其疲劳性能最为主要的影响因素是应力集中程度[25,26]。一种焊接结构或机械结构，其最大疲劳强度实际上决定于结构应力集中程度最为严重的部位，因为工程结构往往就在该部位发生疲劳失效断裂。所以如果能够成功分析并表征结构的最大应力集中程度及其所在部位，然后建立该应力集中程度与结构疲劳寿命的关系，就可以更加准确的预测结构疲劳寿命及失效破坏位置。基于这一认识，研究者们将研究重点投向结构应力集中程度的分析和表征，局部应力法应运而生。目前表征焊接结构应力集中程度的参数包括被列入IIW焊接结构疲劳设计规范中的结构热点应力（如图1-3所示）、等效缺口应力（如图1-4所示），近几年发展起来并被写入美国ASM标准中的具有有限元网格不敏感性的结构应力[27]（如图1-5所示），以及应力集中系数[28]、缺口应力强度因子[29]等，本文将这些参数统称为局部应力。通过建立这些局部应力与结构疲劳寿命的关系，就可以得到不同结构的局部应力-疲劳寿命曲线，基于结构局部应力-疲劳寿命曲线进行结构疲劳设计和评定的方法可以统称为局部应力法。目前标准中列举的局部应力法包括结构热点应力法，等效缺口应力法、结构应力法等等。图1-3结构热点应力定义[21]Fig.1-3Definitionofstructuralhot-spotstress[21]图1-4焊根和焊趾处的等效圆弧[21]Fig.1-4Fictitiousroundingofweldtoesandroots[21]局部应力法相较于名义应力法，更加科学的考虑了焊接结构局部应力集中程度对焊接结构疲劳寿命的决定性影响，因而对结构的疲劳寿命预测相对更为-5-
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接接头热影响区裂纹启裂行为的探讨[J]. 凌堃,黄笑梅. 焊接学报. 2019(01)
[2]900MPa高强钢低匹配焊接研究及应用[J]. 赵俊丽,尹永霞. 焊接技术. 2009(09)
[3]基于等承载能力原则的低匹配对接接头设计[J]. 赵智力,杨建国,方洪渊,伍芳斌. 焊接学报. 2008(10)
[4]金属疲劳极限与静强度的相关性[J]. 高玉魁,姚枚,邵培革,王仁智. 机械强度. 2001(01)
[5]单轴载荷下的无限寿命疲劳设计方法与设计数据[J]. 赵少汴. 机械设计. 1999(09)
博士论文
[1]低匹配焊接接头弯曲等承载设计及随焊整形[D]. 王佳杰.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于断裂参量K因子的焊接接头等承载设计[D]. 王涛.哈尔滨工业大学 2012
[3]基于等承载能力原则的高强钢低匹配焊接接头设计[D]. 赵智力.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于断裂参量K的船用945钢对接接头抗冲击等承载设计[D]. 雷靖.浙江工业大学 2016
[2]冲击载荷下高强钢对接接头的等承载设计[D]. 相靓宇.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3093955
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