焊接残余应力重分布与裂纹扩展的耦合分析

焊接残余应力对于焊接结构疲劳寿命影响明显,同时焊接残余应力并不是一成不变的,随着裂纹扩展会发生重分布。因此,开展焊接残余应力重分布和裂纹扩展的耦合研究对于准确预测焊接结构的疲劳寿命至关重要。本文基于热弹塑性有限元法与扩展有限元法(XFEM),提出考虑焊接残余应力重分布和裂纹扩展耦合的疲劳寿命分析方法。以TC4钛合金拉伸疲劳试样为例,结合扩展有限元法,研究焊接残余应力随裂纹扩展的重分布情况,循环迭代计算得到裂纹扩展过程中裂尖前方焊接残余应力分布,以及焊接残余应力重分布下的疲劳裂纹扩展a-N曲线。计算结果表明,裂尖处焊接残余应力会随裂纹扩展先增大后减小,相比于将焊接残余应力视为恒定值,考虑焊接残余应力重分布的扩展有限元疲劳寿命分析方法能更准确地预报焊接结构疲劳寿命。