基于主S-N曲线法的含缺陷焊缝的疲劳寿命研究
发布时间：2021-01-10 07:55
目前,焊接件在工程实际中应用广泛,其疲劳失效问题一直受到众多学者的密切关注。焊接件最常见的破坏形式是焊趾位置在循环加载后萌生裂纹,且裂纹沿板厚方向扩展使其断裂。焊接缺陷引发的应力集中对焊接件的疲劳寿命有一定程度的影响,同样也是轨道列车的一大安全隐患。国内外存在多种有关焊接接头疲劳失效的评价方法,其中主S-N曲线法是最新的评价方法。该方法在传统疲劳评价方法的基础上考虑了应力集中这一因素,与断裂力学相结合,并以大量的疲劳实验数据为依据,得到一条通用型主S-N曲线。通过主S-N曲线法进行疲劳分析计算能更准确地预测焊接件的疲劳寿命,减少了大量疲劳实验带来的经济和时间成本。本文将运用主S-N曲线法开展以下的研究工作:首先,对主S-N曲线法的理论进行总结和推导,结合ABAQUS和FE-safe软件实现了主S-N曲线法对焊缝疲劳寿命的评价。将使用该方法的疲劳计算结果与已有的疲劳实验结果做相应对比,验证了主S-N曲线法的可行性。然后,通过分析计算后确定merge连接下的有限元模型可以更准确地模拟真实焊缝,并证明了缺陷所在位置对焊缝的疲劳寿命影响极小。分析得到ISO5817所规定的B、C、D三种等级下,...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焊接件
吉林大学硕士学位论文6图1.2焊缝缺陷内部缺陷中较为典型的是气孔和夹渣。焊缝中存在的气孔为两种：表面存在的气孔和内部存在的气孔。焊接中熔池中存在一定程度的气体，当凝固时有一部分不能完全排出的气体就会形成气孔。内部气孔在焊接接头中最易出现，此类气孔形成的原因是内部气体未排出或者外部有气体进入熔池。为预防气孔的产生，需要烘培焊接材料，将工件进行预热并清理坡口表面，保持焊接温度不要过低。夹渣指的是焊缝的熔池中有不属于母材和填充材料的杂质，在凝固后依然在焊缝中存在的物质。夹渣会减小焊缝截面的有效尺寸，会引起应力集中，且在焊接接头受外部载荷作用后易产生裂纹。可以通过控制浇注系统的流速使熔池缓慢流动，或者使用辅助装置减少夹渣。选择质量好的焊条、及时清理熔渣、选择适合焊接接头的焊接方式、控制焊接时所需角度等方式也可以减少夹渣。1.3焊缝疲劳的研究现状1.3.1疲劳寿命的研究方法如今，计算疲劳寿命的方法一般按应力的选取分为局部法和全局法。通过公式或线性推导，将作用在构件上的力或力矩转化为整体的应力分布，从而得到名义应力，并使用该应力计算疲劳寿命的方法被称为“全局法”；而“局部法”是根据构件中局部的应力分布的情况评估其疲劳寿命。例如名义应力法考虑整个构件的应力分布则属于前者，而局部应力-应变分析法和热点应力法仅考虑了特殊部位的应力分布则属于后者。全局法是疲劳强度计算的基础，也是局部法的基础，它们都具有自身的优点和局限性。热点应力法中所谓“热点”指的是在循环载荷下最先出现裂纹的部位。通过计算部
吉林大学硕士学位论文26图2.10主S-N曲线图表2.1主S-N曲线的相关参数主S-N曲线Ch均值19930.2-0.32(95%存活率的上边界)28626.5(95%存活率的下边界)13875.8(99%存活率的上边界)31976.1(99%存活率的下边界)12492.6主S-N曲线中的实验数据选取了不同的焊缝和不同的加载方式的实验结果，板厚的选择是5mm到100mm，其强度也不同。由于考虑了不同焊接接头的几何尺寸、应力集中以及板厚带来的影响，主S-N曲线法在计算焊缝疲劳寿命时具有更高的准确度和可靠性。+22+33
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ABAQUS的转向架十字焊接接头应力集中系数分析[J]. 魏康,何柏林. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[2]基于不同S-N曲线的横向十字焊接接头疲劳寿命预测[J]. 范文学,陈芙蓉,解瑞军,高健. 焊接学报. 2013(11)
[3]正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究[J]. 赵欣欣,刘晓光,潘永杰,张玉玲. 中国铁道科学. 2013(02)
[4]等效结构应力法在铁路车辆焊接结构中的应用[J]. 李晓峰,王宇,李光,李向伟. 大连交通大学学报. 2011(04)
[5]基于热点应力法的AZ31B镁合金焊接接头疲劳评定[J]. 王文先,李娟,李晋永,张红霞. 机械工程学报. 2011(10)
[6]高速货车转向架焊接部件疲劳强度研究[J]. 周张义,李芾. 中国铁道科学. 2010(06)
[7]热点应力法评定焊接接头疲劳强度的影响因素[J]. 彭凡,姚云建,顾勇军. 焊接学报. 2010(07)
[8]基于Verity方法的焊缝疲劳评估原理及验证[J]. 李向伟,兆文忠. 焊接学报. 2010(07)
[9]焊接区位置对焊接结构疲劳性能影响的定量分析[J]. 康建雄,杜发喜,陈晓峰,岳珠峰. 热加工工艺. 2010(07)
[10]钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展[J]. 周张义,李芾,安琪,黄运华,卜继玲. 中国铁道科学. 2009(04)
博士论文
[1]高速货车转向架焊接部件疲劳强度研究[D]. 周张义.西南交通大学 2009
[2]高速列车结构热点应力疲劳评定方法及应用研究[D]. 王斌杰.北京交通大学 2008
[3]高速动力车承载结构疲劳强度工程方法研究[D]. 米彩盈.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]基于主S-N曲线法的焊缝疲劳寿命评估体系的实现及应用[D]. 马斌.大连交通大学 2014
[2]铁道车辆转向架构架疲劳强度研究[D]. 沈彩瑜.西南交通大学 2014
本文编号：2968354
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焊接件
吉林大学硕士学位论文6图1.2焊缝缺陷内部缺陷中较为典型的是气孔和夹渣。焊缝中存在的气孔为两种：表面存在的气孔和内部存在的气孔。焊接中熔池中存在一定程度的气体，当凝固时有一部分不能完全排出的气体就会形成气孔。内部气孔在焊接接头中最易出现，此类气孔形成的原因是内部气体未排出或者外部有气体进入熔池。为预防气孔的产生，需要烘培焊接材料，将工件进行预热并清理坡口表面，保持焊接温度不要过低。夹渣指的是焊缝的熔池中有不属于母材和填充材料的杂质，在凝固后依然在焊缝中存在的物质。夹渣会减小焊缝截面的有效尺寸，会引起应力集中，且在焊接接头受外部载荷作用后易产生裂纹。可以通过控制浇注系统的流速使熔池缓慢流动，或者使用辅助装置减少夹渣。选择质量好的焊条、及时清理熔渣、选择适合焊接接头的焊接方式、控制焊接时所需角度等方式也可以减少夹渣。1.3焊缝疲劳的研究现状1.3.1疲劳寿命的研究方法如今，计算疲劳寿命的方法一般按应力的选取分为局部法和全局法。通过公式或线性推导，将作用在构件上的力或力矩转化为整体的应力分布，从而得到名义应力，并使用该应力计算疲劳寿命的方法被称为“全局法”；而“局部法”是根据构件中局部的应力分布的情况评估其疲劳寿命。例如名义应力法考虑整个构件的应力分布则属于前者，而局部应力-应变分析法和热点应力法仅考虑了特殊部位的应力分布则属于后者。全局法是疲劳强度计算的基础，也是局部法的基础，它们都具有自身的优点和局限性。热点应力法中所谓“热点”指的是在循环载荷下最先出现裂纹的部位。通过计算部
吉林大学硕士学位论文26图2.10主S-N曲线图表2.1主S-N曲线的相关参数主S-N曲线Ch均值19930.2-0.32(95%存活率的上边界)28626.5(95%存活率的下边界)13875.8(99%存活率的上边界)31976.1(99%存活率的下边界)12492.6主S-N曲线中的实验数据选取了不同的焊缝和不同的加载方式的实验结果，板厚的选择是5mm到100mm，其强度也不同。由于考虑了不同焊接接头的几何尺寸、应力集中以及板厚带来的影响，主S-N曲线法在计算焊缝疲劳寿命时具有更高的准确度和可靠性。+22+33
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ABAQUS的转向架十字焊接接头应力集中系数分析[J]. 魏康,何柏林. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[2]基于不同S-N曲线的横向十字焊接接头疲劳寿命预测[J]. 范文学,陈芙蓉,解瑞军,高健. 焊接学报. 2013(11)
[3]正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究[J]. 赵欣欣,刘晓光,潘永杰,张玉玲. 中国铁道科学. 2013(02)
[4]等效结构应力法在铁路车辆焊接结构中的应用[J]. 李晓峰,王宇,李光,李向伟. 大连交通大学学报. 2011(04)
[5]基于热点应力法的AZ31B镁合金焊接接头疲劳评定[J]. 王文先,李娟,李晋永,张红霞. 机械工程学报. 2011(10)
[6]高速货车转向架焊接部件疲劳强度研究[J]. 周张义,李芾. 中国铁道科学. 2010(06)
[7]热点应力法评定焊接接头疲劳强度的影响因素[J]. 彭凡,姚云建,顾勇军. 焊接学报. 2010(07)
[8]基于Verity方法的焊缝疲劳评估原理及验证[J]. 李向伟,兆文忠. 焊接学报. 2010(07)
[9]焊接区位置对焊接结构疲劳性能影响的定量分析[J]. 康建雄,杜发喜,陈晓峰,岳珠峰. 热加工工艺. 2010(07)
[10]钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展[J]. 周张义,李芾,安琪,黄运华,卜继玲. 中国铁道科学. 2009(04)
博士论文
[1]高速货车转向架焊接部件疲劳强度研究[D]. 周张义.西南交通大学 2009
[2]高速列车结构热点应力疲劳评定方法及应用研究[D]. 王斌杰.北京交通大学 2008
[3]高速动力车承载结构疲劳强度工程方法研究[D]. 米彩盈.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]基于主S-N曲线法的焊缝疲劳寿命评估体系的实现及应用[D]. 马斌.大连交通大学 2014
[2]铁道车辆转向架构架疲劳强度研究[D]. 沈彩瑜.西南交通大学 2014
本文编号：2968354
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